STM32 Flash 写入导致多个 HardFault 错误

Posted 2023-02-19

【中文标题】STM32 Flash 写入导致多个 HardFault 错误

【英文标题】：STM32 Flash Write causes multiple HardFault Errors

【发布时间】：2021-07-29 08:24:51

【问题描述】：

我正在尝试将几个字节的数据写入 STM32F410CBT3 闪存扇区 4（大小为 64KB），我选择了这个扇区并假设它可以安全使用，因为代码约为 30KB（可能位于扇区中） 1 和 2）。微控制器的时钟速度为 100MHz（通过 PLL）。

这是我的 Flash 写入代码：

/* Programming in 16-bit words, so offset address of 0x04 should be enough */
#define FLASH_SECTOR4_BASEADDRESS                       ((uint32_t)0x8011000)
#define OFFSET                                          ((uint8_t)0x04)

#define ADDR0               FLASH_SECTOR4_BASEADDRESS                                           
#define ADDR1               ((uint32_t)(ADDR0 + OFFSET))
#define ADDR2               ((uint32_t)(ADDR1 + OFFSET))
#define ADDR3               ((uint32_t)(ADDR2 + OFFSET))
/* and so on... */


void FLASH_Init(void)

    /* Only use FLASH Sector 4 for storing configuration/calibration data. s_EraseInit is stored as a static variable. This function called first because s_EraseInit needs to have values before any FLASH functions/routines are called. */
    s_EraseInit.TypeErase = TYPEERASE_SECTORS;
    s_EraseInit.Sector = FLASH_SECTOR_4;
    s_EraseInit.NbSectors = 1;
    s_EraseInit.VoltageRange = VOLTAGE_RANGE_4; /* Input voltage to mcu is around 3.3V */



void FLASH_Write(void)

    /* Stop LPTIM1 interrupts prior to modifying FLASH region */
    HAL_LPTIM_Counter_Stop_IT(&hlptim1);

    /* Assign temp_x values of struct members stored globally. temp_x will be the variable used for the FlashProgram function */
    uint16_t temp0 = GlobalStruct[0].Member1;
    uint16_t temp1 = GlobalStruct[0].Member2;
    uint16_t temp2 = GlobalStruct[0].Member3;
    uint16_t temp3 = GlobalStruct[1].Member1;
    uint16_t temp4 = GlobalStruct[1].Member2;
    uint16_t temp5 = GlobalStruct[1].Member3;
    uint16_t temp6 = GlobalStruct[2].Member1;
    uint16_t temp7 = GlobalStruct[2].Member2;
    uint16_t temp8 = GlobalStruct[2].Member3;
    uint16_t temp9 = GlobalStruct[3].Member1;
    uint16_t temp10 = GlobalStruct[3].Member2;
    uint16_t temp11 = GlobalStruct[3].Member3;

    /* Unlock FLASH peripheral and clear FLASH status register (error) flags */
    HAL_FLASH_Unlock();
    __HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_OPERR|FLASH_FLAG_WRPERR|FLASH_FLAG_PGAERR|FLASH_FLAG_PGSERR);
    
    /* Mass erase FLASH sector 4 */
    FlashStatus[12] = HAL_FLASHEx_Erase(&s_EraseInit, &s_SectorError);

    /* Write into FLASH sector 4 and lock the FLASH peripheral after using it */
    FlashStatus[0] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR0, temp0);
    FlashStatus[1] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR1, temp1);   
    FlashStatus[2] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR2, temp2);   
    FlashStatus[3] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR3, temp3);
    FlashStatus[4] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR4, temp4);
    FlashStatus[5] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR5, temp5);
    FlashStatus[6] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR6, temp6);
    FlashStatus[7] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR7, temp7);
    FlashStatus[8] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR8, temp8);
    FlashStatus[9] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR9, temp9);
    FlashStatus[10] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR10, temp10);
    FlashStatus[11] = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, ADDR11, temp11);

    HAL_FLASH_Lock();
    
    /* Resume LPTIM1 interrupts after modifying FLASH region */
    HAL_LPTIM_Counter_Start_IT(&hlptim1, LPTIM1_AUTORELOAD_NUMBER);     


/*********************** Relevant code from the HAL Library *******************************/

/**
  * @brief  Program byte, halfword, word or double word at a specified address
  * @param  TypeProgram  Indicate the way to program at a specified address.
  *                           This parameter can be a value of @ref FLASH_Type_Program
  * @param  Address  specifies the address to be programmed.
  * @param  Data specifies the data to be programmed
  * 
  * @retval HAL_StatusTypeDef HAL Status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Program(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data)

  HAL_StatusTypeDef status = HAL_ERROR;
  
  /* Process Locked */
  __HAL_LOCK(&pFlash);
  
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_FLASH_TYPEPROGRAM(TypeProgram));
  
  /* Wait for last operation to be completed */
  status = FLASH_WaitForLastOperation((uint32_t)FLASH_TIMEOUT_VALUE);
  
  if(status == HAL_OK)
  
    if(TypeProgram == FLASH_TYPEPROGRAM_BYTE)
    
      /*Program byte (8-bit) at a specified address.*/
      FLASH_Program_Byte(Address, (uint8_t) Data);
    
    else if(TypeProgram == FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD)
    
      /*Program halfword (16-bit) at a specified address.*/
      FLASH_Program_HalfWord(Address, (uint16_t) Data);
    
    else if(TypeProgram == FLASH_TYPEPROGRAM_WORD)
    
      /*Program word (32-bit) at a specified address.*/
      FLASH_Program_Word(Address, (uint32_t) Data);
    
    else
    
      /*Program double word (64-bit) at a specified address.*/
      FLASH_Program_DoubleWord(Address, Data);
    
    
    /* Wait for last operation to be completed */
    status = FLASH_WaitForLastOperation((uint32_t)FLASH_TIMEOUT_VALUE);
    
    /* If the program operation is completed, disable the PG Bit */
    FLASH->CR &= (~FLASH_CR_PG);  
  
  
  /* Process Unlocked */
  __HAL_UNLOCK(&pFlash);
  
  return status;

关于上面的代码，全局结构的成员要么是 8 位的，要么是 16 位的。我在进入闪存写入序列之前停止了 LPTIM1 中断，因为我认为如果 LPTIM1 中断恰好在微控制器覆盖其闪存时发生，它可能会导致问题。

问题

即使一个非常相似的代码（不同之处在于写入的数据）在不同的 STM32F410CBT3 微控制器上工作，我也一直在此代码上遇到 HardFault 错误。我还匹配了 MDK-ARM IROM1: Start 0x8000000, Size 0x1C000 上的链接器设置，之前它位于 IROM1: Start 0x8000000, Size 0x20000。我观察到的常见模式是，基于 MDK-ARM 的内存查看器，闪存被擦除，其中?? 出现在所有内存块上。之后，它再次转到0xFF，表明没有写入任何块/节。此时，代码已经在其 HardFault Handler 中。如果代码正常工作，扇区将从?? 变为写入闪存的任何值。

关于 HardFault 错误，它有时显示为 内存管理错误，其中引发了 IACCVIOL（指令访问冲突标志），而 SCB->MMFAR 不包含任何地址。在大多数情况下，它显示为 Bus Fault，其中 SCB->BFAR = 0xFFFFFFFF 的 BFARVALID 标志高，PRECISERR 标志也被提高。我查看了 STM32F410 内存映射，地址 0xFFFFFFFF 指向 512 MB 块 7 Cortex-M4 的内部外设。在极少数情况下，它显示为 Usage Fault，其中UNDEFINSTR 位为高。有时，Flash 写入序列确实有效，但前提是使用断点。

我尝试了什么

最初，我立即将结构成员放入HAL_FLASH_Program API。基于 UsageFault 错误，我认为结构成员访问速度太慢，所以我声明了那些无符号 16 位 tempX 变量来保存结构成员的值。错误仍然存​​在，也许这不是原因，因为编译器可能会优化它。我也尝试过使用延迟，但错误仍然存​​在。 我将 16 位 tempX 变量声明更改为 uint32_t，因为我在某处读到输入需要是 32 位或 64 位。我将其更改为uint32_t 声明，但错误仍然存​​在。 我也尝试使用FLASH_TYPEPROGRAM_WORD 代替FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD，但错误仍然存​​在。在不同的微控制器上，我注意到这不会产生太大影响，因为如果我要在 Flash 部分本身写入一个 16 位值（例如0xAAAA），它会显示为0x0000AAAA，如果使用了FLASH_TYPEPROGRAM_WORD，如果使用了FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD，则使用0xFFFFAAAA，因为左侧16 位被清除为0xFFFF，但没有重写为0x0000，因为只有最少的16 位被覆盖。 最初，我认为写0xFFFF 会导致问题，但在我确保所有结构成员都是非零或非FFFF 后，错误仍然存​​在。在不同的微控制器上，我仍然可以将0xFFFF 写入闪存而不会导致任何错误。 我也尝试使用其他位置（尽管仍位于第 4 区），但错误仍然存​​在。 我验证了每当发生 HardFault 错误时，FlashStatus[x], x = 0...12 仅包含 HAL_OK。 FLASH->SR 寄存器通常也不显示任何内容（无错误状态）。 变量s_SectorError通常有0xFFFFFFFF，表示成功擦除所有扇区（Sector 4）

问题 我在这里想念什么？任何帮助将不胜感激。我也不知道如何更深入地调试这个问题，任何调试这个问题的提示也将不胜感激。 This is the Keil uVision's page on Fault Reporting Guide，我将其用作识别 HardFault 错误的参考。谢谢！

【问题讨论】：

您是否通过单步调试会话确定了导致故障的代码行？

是的 - 如果我确实在调用 HAL_FLASH_Program() 的每一行设置断点，它似乎工作（虽然有时它确实工作，但将错误的值写入某些地址） .如果我只在HAL_FLASH_Lock() 和HAL_FLASH_Unlock() 设置断点，它有时会工作，有时不会，然后会引发 HardFault 错误之一。在我最近的尝试中，我只收到了 Bus Fault 错误，没有遇到 Usage Fault 错误或 Memory Manage Fault 错误。

@Tagli 我的意思是说不，我还没有找到导致它的确切行..

你可以使用 GPIO 代替断点来找到你得到硬故障的确切位置吗？

我不知道这部分，但我可以放弃一些编写闪存驱动程序的一般提示和技巧。禁用所有中断。不要从您正在编程的银行执行闪存驱动程序。确保闪存预分频时钟正确。禁用看门狗或将其设置得足够长，以免在擦除周期内发出声音。弄错任何一个，你都会得到非常微妙的错误。

【参考方案1】：

我在查看 HAL 文件时错误地使用了 VOLTAGE_RANGE_4 或 FLASH_VOLTAGE_RANGE_4 而不是 FLASH_VOLTAGE_RANGE_3。 HAL 文件显示这两个选项都适用于由 2.7V - 3.6V 供电的微控制器，但两个选项之间的区别在于电压范围 4 的外部 Vpp。使用FLASH_VOLTAGE_RANGE_3 实际上解决了我的问题 ，意思是我原来的问题是错误擦除闪存引起的，而不是因为我对闪存进行了错误的编程。

我最初选择VOLTAGE_RANGE_4是因为我在阅读参考手册中的这个页面时误解了电压范围：

虽然下面的这一部分实际上告诉我应该使用哪个电压范围，因为 HAL 库中提到的电压范围对应于 FLASH_CR->PSIZE 位：

为什么每次尝试都会引发不同的 HardFault 错误，以及为什么需要以某种方式（64 位擦除/32 位擦除/16-位擦除/ 8位擦除）取决于电源电压。有时它如何工作也很奇怪，但在配置错误的情况下大部分时间都无法工作。