FreeRTOS中如何定位HardFault？

嵌入式ARM 2023-04-24 13:00

构建AI未来，Arm计算平台无处不在 如何增强能源基础设施的实时控制？

大家好，我是鱼鹰。今天我们聊一聊开发中常见的 HardFault，这个问题应该从学习 STM32 开发以来就一直伴随着我们，很多人遇到这种问题也是不知道该如何定位。

如果只是独立开发，遇到这种问题，一般都是看代码、修改代码等等这些常规手段，因为自己写的代码最熟悉，改动一般也不会太大，容易缩小范围，也更容易定位。

但现在的产品越来越复杂，目前的开发模式都是合作开发，每个人负责各自的模块，这样的项目代码量大、复杂度高，也就更难定位问题。

而有的时候，刚入职一家公司，什么代码都不熟悉，又出现了 HardFault，更是让人崩溃，分分钟有跑路的冲动（你和代码，有一个能跑就行）。

此时，有一个能解决这种疑难杂症的大牛是能大大节省时间的，而我在公司也解决不少类似的问题，所以经验也算丰富，充当的也是这一类角色。

而定位 Hardfault 的方法一般是靠 KEIL在线调试+C语言+权威指南 中的知识搞定。

目前鱼鹰的解 BUG 差不多是这样的：

1、必现，代码熟悉的情况下，几个小时内搞定。

2、偶现，根据出现情况决定解决问题的时间，一般出现个四五次，基本就能定位。

3、难现，这种一般要挂一个记录仪实时记录运行情况。

经历了这么多，已经很少有能让鱼鹰需要花费几天时间才能解决的 Hardfault 问题了（犹记得刚来深圳时，因为别人写的一个 BUG 导致的 Hardfault，不得已加了几天通宵，要不是偶然机会还不一定能搞定）。

这里打个小广告，如果难解决，可以有偿请鱼鹰解决 Hardfault 问题哦。

不过最近工作上因为用了 C++，这个基础不是很熟悉，解决 Hardfault 的速度又下降了。而工程编译优化等级 -O2 也加大了不少调试难度，因此掌握下面的方法是很重要的：

总结 MDK 几种编译优化设置的方法

关于 Hardfault，鱼鹰以前也是分享了不少笔记的，不知道有多少人认真看过。

HardFault 之 INVSTAE 错误定位（一）

见鬼，过年回来后板子就 hardfault 了？

今天将继续分享关于在 FreeRTOS 定位 Hardfault 方法。

这里需要一个大佬写的组件：CmBacktrace（事实上，如果能在线调试，鱼鹰是不需要借助这个组件的，但是难复现的情况下用这个组件还是比较香的）。

gitee 仓库：https://gitee.com/Armink/CmBacktrace

这个组件估计很多道友都听说过，也用过，但鱼鹰想说的是，有些道友在用的组件可能比较老，没有下面这种追踪功能，建议大家更新一下。

上面可以看到出错时，函数的调用栈（有时可能是错误的，需要实际分析，仅做参考）

_call_main ->  main -> fult_test_by_div0

相当实用。

同时，本篇笔记不仅适用于在 FreeRTOS 定位 Hardfault，实际上uCOS、rt-thread 等其它 RTOS 照样可以修改后使用（裸机更不用说了）。

仓库例子支持的平台：裸机、rt-thread、ucoss-ii、freertos。

这里重点在如何移植这个组件到 freertos 中（实际上，仓库的说明文档也非常详细，可以参考）。由于 freertos 也是不断更新中，所以这个组件的例子不能完全适用于新版本，而鱼鹰刚好移植好了，在此记录一下，方便大家移植。

1、将仓库中的 cm_backtrace（源码文件）整个文件夹拷贝到自己的工程文件夹下。

2、在自己的工程中添加这些文件（我们可以打开 demos -> os -> freertos 工程查看）

只有两个文件，相当简单。

一个是核心源码，另外一个则是汇编代码，代码执行入口。

注意，根据 IDE 不同，选择的汇编文件也不同：

其实就是将 startup_stm32f10x_hd.s 中的hardfault 默认处理函数重定位到 cmb_fault.S 中了。

注意这里有一个weak，这样链接的时候就不会链接这个，而是 cmb_fault.S 这个：

为了更方便的定位问题，我们后面还需要修改一下这个代码才行。

注意，如果你的启动文件内的 hardfault 代码被修改了，而你不懂汇编，建议恢复成上面那种，不然可能运行不正常。

3、主函数中初始化代码。

这里的字符串需要和这个一样（根据自己的工程名修改）：

所以，建议用英文建工程。这个在输出错误信息的时候用的上，否则每次查看调用栈都需要修改一下，比较麻烦。

如果开启了内部看门狗，建议关闭一下：

// HAL 库__HAL_DBGMCU_FREEZE_IWDG1();// 标准库DBGMCU_Config(DBGMCU_IWDG_STOP, ENABLE);

在断言失败的位置添加该函数 cm_backtrace_assert：

这样断言失败了也能看到调用栈了。

4、FreeROTS 内核文件修改（内核版本 V10.2.1）

为了分析出错的代码，必须知道每个任务的栈信息，而 FreeRTOS 可能没有这些信息，因此，我们需要添加进去。

task.c

FreeRTOS.h

注意，老版本freertos 是只要修改一处的，但新版本需要修改两处，否则会断言失败，运行不下去。

建议把注释也一起添加进去。

UBaseType_t     uxSizeOfStack;      /*< Support For CmBacktrace >*/

相关函数修改 task.c prvInitialiseNewTask() ：

task.c 文件最后添加如下代码用于获取栈地址、大小、名字：

为方便复制，在此贴代码：

/*-----------------------------------------------------------*//*< Support For CmBacktrace >*/uint32_t * vTaskStackAddr(){    return pxCurrentTCB->pxStack;}
uint32_t vTaskStackSize(){    #if ( portSTACK_GROWTH > 0 )
    return (pxNewTCB->pxEndOfStack - pxNewTCB->pxStack + 1);
    #else /* ( portSTACK_GROWTH > 0 )*/
    return pxCurrentTCB->uxSizeOfStack;
    #endif /* ( portSTACK_GROWTH > 0 )*/}
char * vTaskName(){    return pxCurrentTCB->pcTaskName;}/*-----------------------------------------------------------*/

5、根据所属 RTOS 平台和芯片内核修改组件配置信息

cmb_cfg.h

1）需要定义打印输出函数，一般用 printf 打印，也可以用你自定义的一些打印函数，功能和 printf 类似即可。

#define cmb_println(...)               printf(__VA_ARGS__);printf("\r\n")

2）使能 RTOS 支持

#define CMB_USING_OS_PLATFORM

3）具体 RTOS 选择 FreeRTOS

#define CMB_OS_PLATFORM_TYPE           CMB_OS_PLATFORM_FREERTOS

4）芯片内核根据实际选择，目前支持 M0、M3、M4、M7。

#define CMB_CPU_PLATFORM_TYPE          CMB_CPU_ARM_CORTEX_M3

5）打印虚拟栈，可以将出错时的原始栈信息打印出来，可能对分析有些帮助

#define CMB_USING_DUMP_STACK_INFO

6）语言支持：英语。实际也支持中文，但建议使用英语（不配置，默认就是英语）

#define CMB_PRINT_LANGUAGE             CMB_PRINT_LANGUAGE_ENGLISH

7) 如果是 C++ 编译的，有可能出错，可以在开头定义这个：

#define __CLANG_ARM

7、根据需要修改组件，方便使用（这些看看能不能有机会合并到大佬的分支里面）

1）因为功能涉及范围小，因此可以将相关头文件包含形式改成这种，这样就不需要改头文件路径了，移植更方便：

#include -->>#include "./cm_backtrace.h"
#include -->>#include "./cmb_cfg.h"
#include "cmb_def.h"-->>#include "./cmb_def.h"

main 中也不需要包含头文件，而是在需要位置直接声明这个函数即可，因为外部只需要调用这个函数。

#include -->void cm_backtrace_init(const char *firmware_name, const char *hardware_ver, const char *software_ver);

这样一来，就不需要添加头文件的路径了。

或者使用相对路径的方式添加头文件：

#include "../../driver/cm_backtrace/cm_backtrace.h"

另外，我们可以让程序进入 Hardfault 前，让代码自动停止，这样我们能更好的利用在线调试代码，《传说中的软件断点到底是什么？》。

HardFault_Handler    PROC    LDR     r0, =0xE000EDF0; DEMCR    LDR     r0,[r0,#0x00]    AND     r0,r0,#0x00000001    CBZ     r0,not_in_debug    BKPT    0not_in_debug    MOV     r0, lr                  ; get lr    MOV     r1, sp                  ; get stack pointer (current is MSP)    BL      cm_backtrace_fault