STM32崩溃问题排查

前言

近期发现合并了一些其它平台上的代码到STM32上后，出现了崩溃问题，于是想要整体梳理下STM32上崩溃问题排查的原理。

1. 问题说明

上述是一段崩溃打印信息，后经排查发现是FreeRTOS的定时器栈深度设置的多小，定时器运行函数中运行的内容过多，各个局部变量申请的内存来不及释放，最终出现了崩溃情况。

这里说一下FreeRTOS中的定时器，实际上可以理解为是一个task任务，相当于创建了一个线程在不停的计时，然后轮询查询当前的定时器列表，发现哪个定时器运行时间到了，就去执行它。

所以对于定时器也需要配置所使用的内存大小。

2. STM32（Cortex M4内核）的寄存器

R0~R12为通用目的寄存器

R13为栈指针，物理上存在两个栈指针：主栈指针（MSP）为默认的栈指针，在复位后和处理器处于处理模式时，会被选择使用；另一个栈指针为进程栈指针（PSP），只能用于线程模式（有RTOS时）

R14为链接寄存器（LR），用于函数或子程序调用时返回地址的保存。在函数或子程序结束时，程序控制可以通过将LR的数值加载程序计数器（PC）中返回调用程序处并继续执行，在异常处理期间，LR会自动更新为特殊的EXC_RETURN（异常返回）数值。

例如a调用了b，这个时候pc指针中放的是b子函数的地址，LR中方的是a的地址，b执行完之后，从LR中将a的地址放入到PC指针去执行

3. 崩溃问题分析

3.1 崩溃信息的来源是哪里？

arm中崩溃实际上也是一种异常中断，当中断来临时，处理器会将当前的任务状态保存到栈中。

• 栈帧
  
  栈帧（Stack Frame）是指在函数调用过程中，用于保存函数参数、局部变量、返回地址等信息的一块内存区域。

  当一个函数被调用时，STM32会为其分配一个栈帧，栈帧的大小取决于参数数量、局部变量数量以及编译器的优化设置等因素

  结合上面的信息我们可以知道，想要获取函数崩溃时在哪个函数崩溃的，我们就需要找到异常中断触发时，被压栈的栈帧，而这个栈帧就在R13（Stack point）栈指针里面存放着。

  我们在崩溃处理函数HardFault_Handler()中想办法获取到R13寄存器的指针所指向的内容，然后将其打印出来即可。

3.2 崩溃信息中的每个关键字代表的含义

STM32 微控制器采用了 ARM Cortex-M 核，该核有两个栈指针，一个是主栈指针（MSP），另一个是进程栈指针（PSP）。

MSP (Main Stack Pointer): 主栈指针 主要用于操作系统内核或者中断服务程序。

PSP (Process Stack Pointer): 进程栈指针 主要用于用户应用程序。

当 Cortex-M 内核退回到 Thread mode 后，根据 CONTROL 寄存器的设置，可以切换回主栈指针 MSP 或者进程栈指针 PSP。

PSP 里面存储的是所运行的用户应用程序相关的上下文。具体包括以下内容：

一些或全部的通用寄存器的值，这些寄存器在用户程序运行时会使用。Program Counter（PC）：指向下一条将要执行的指令。Processor Status Register（PSR）的值：包含标志位状态。

栈指针：保存上一个栈帧的位置。

通常，在切换任务（或称为上下文切换）时，这些信息会被保存到栈中，新的任务开始，它的上下文信息则会从栈中恢复。

需要注意的是，具体保存了哪些内容，会根据具体的调度策略和操作系统设计有所不同。

3.3 利用崩溃信息去查找造成崩溃的点

确定LR/PC指针的值

首先我们要确定是否使用了RTOS，如果使用了，那么我们的崩溃信息应该就是存放PSP中。
我们需要先将这些信息读出来，然后当知道了LR和PC的值后，可以通过keil5中Debug的方式去寻找崩溃点或者通过编译过程中产生的map文件，找到对应的崩溃点。

3.4 keil5中怎么根据地址找到问题点

在Disassembly窗口单击右键—>选择Show Didassembly at Address—>输入地址

3.5 keil5上编译时怎么输出map文件

打开 Keil Vision。

在菜单中选择 "File" -> "Open Project..."，然后选择你的项目文件。在 Keil Vision IDE 中，点击 "Project" 菜单，选择 "Options for Target"。在弹出的对话框中，选择 "Listing" 选项卡。在 "Generate Map File" 选项旁边，确保选中了 "Create ROM/FLASH Map" 和 "Create Object Module List"。

重新编译你的项目。

4. 参考链接

【STM32】HardFault问题详细分析及调试笔记

MDK5(keil)编译信息含义（占用sram,flash空间）与 MAP文件