HardFault 是 ARM Cortex-M 处理器中的一种异常。当处理器遇到无法处理的错误，或者配置为处理特定类型错误（如总线错误、内存管理错误、用法错误）的异常处理程序被禁用，或者在处理这些特定错误的过程中又发生了其他错误时，就会触发 HardFault。它是一个“兜底”的异常，表明系统遇到了严重问题。
调试 HardFault 需要耐心和系统的方法。关键在于：
发生 HardFault 时，处理器会自动将一些关键的寄存器压入当前使用的堆栈（MSP 或 PSP），并跳转到 HardFault 处理程序。
我们的首要任务就是编写一个有效的 HardFault 处理程序，从中提取有用的信息。
1
步骤 1: 实现一个有效的 HardFault 处理程序
默认的 HardFault_Handler 通常是一个无限循环 while(1);。我们需要替换它，使其能够捕获并报告故障信息。
在你的项目中（通常在 stm32xxxx_it.c 或类似文件中）找到 HardFault_Handler 函数，并用以下代码替换或修改：
// 定义一个结构体来存储从堆栈中提取的寄存器值typedefstruct {uint32_t r0;uint32_t r1;uint32_t r2;uint32_t r3;uint32_t r12;uint32_t lr; // Link Registeruint32_t pc; // Program Counteruint32_t psr;// Program Status Register} HardFaultRegs_t;// 全局变量，用于在调试器中查看volatile HardFaultRegs_t stacked_regs;volatileuint32_t cfsr_val;volatileuint32_t hfsr_val;volatileuint32_t dfsr_val;volatileuint32_t afsr_val;volatileuint32_t mmfar_val;volatileuint32_t bfar_val;volatileuint32_t stacked_sp; // 保存堆栈指针本身的值// HardFault 处理函数// 使用 __attribute__((naked)) 避免编译器生成额外的栈操作代码voidHardFault_Handler(void) __attribute__((naked));voidHardFault_Handler(void){// 获取当前使用的堆栈指针 (MSP 或 PSP)// TST LR, #4 测试 LR 的 bit 2 (EXC_RETURN 的 bit 2)// 如果 bit 2 为 1，表示异常返回时使用 PSP；否则使用 MSP__asm volatile(" TST LR, #4\n" // Test bit 2 of LR: 0 = MSP, 1 = PSP" ITE EQ\n" // If-Then-Else based on EQ flag (result of TST)" MRSEQ R0, MSP\n" // EQ=1 (bit 2 is 0): Use MSP, move MSP to R0" MRSNE R0, PSP\n" // NE=0 (bit 2 is 1): Use PSP, move PSP to R0" MOV %0, R0\n" // Move the selected stack pointer to the C variable 'stacked_sp': "=r" (stacked_sp) // Output operand: stacked_sp C variable: // Input operands: none: "r0" // Clobbered registers: R0 is used internally);// 从获取的堆栈指针处加载寄存器值到结构体// stacked_sp 现在指向 R0 的位置stacked_regs.r0 = *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 0));stacked_regs.r1 = *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 4));stacked_regs.r2 = *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 8));stacked_regs.r3 = *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 12));stacked_regs.r12= *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 16));stacked_regs.lr = *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 20));stacked_regs.pc = *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 24));stacked_regs.psr= *((volatileuint32_t*)(stacked_sp + 28));// 读取故障状态寄存器cfsr_val = (*((volatileuint32_t*)0xE000ED28));hfsr_val = (*((volatileuint32_t*)0xE000ED2C)); // 注意：HFSR 地址是 0xE000ED2Cdfsr_val = (*((volatileuint32_t*)0xE000ED30));afsr_val = (*((volatileuint32_t*)0xE000ED3C));// 检查 MMFAR 和 BFAR 是否有效并读取if (cfsr_val & (1 << 7)) { // MMARVALID bit in MMFSRmmfar_val = (*((volatileuint32_t*)0xE000ED34));} else {mmfar_val = 0xFFFFFFFF; // 无效}if (cfsr_val & (1 << 15)) { // BFARVALID bit in BFSRbfar_val = (*((volatileuint32_t*)0xE000ED38));} else {bfar_val = 0xFFFFFFFF; // 无效}// 在这里可以添加代码将这些变量的值通过串口、SWO 或其他方式打印出来// printf("HardFault!\n");// printf("SP = 0x%08X\n", stacked_sp);// printf("R0 = 0x%08X\n", stacked_regs.r0);// printf("R1 = 0x%08X\n", stacked_regs.r1);// ... (打印其他寄存器)// printf("PC = 0x%08X\n", stacked_regs.pc); // 出错指令的下一条地址// printf("LR = 0x%08X\n", stacked_regs.lr);// printf("PSR= 0x%08X\n", stacked_regs.psr);// printf("CFSR=0x%08X\n", cfsr_val);// printf("HFSR=0x%08X\n", hfsr_val);// printf("MMFAR=0x%08X\n", mmfar_val);// printf("BFAR=0x%08X\n", bfar_val);// 设置一个断点在这里，或者进入无限循环等待调试器连接__asm volatile("BKPT #0\n"); // Software breakpoint// 或者// while(1);}
注意:
2
步骤 2: 复现 HardFault 并使用调试器分析
编译并下载包含上述 HardFault_Handler 的代码到目标板。
连接调试器(如 ST-Link, J-Link)。
运行代码直到 HardFault 发生。如果设置了 BKPT #0，程序会自动停在断点处。如果没有设置断点，并且处理函数最后是 while(1);，则在 HardFault 发生后手动暂停程序，程序计数器应该停在 while(1); 循环内。
检查变量值在调试器的 Watch 窗口或 Memory 窗口中查看 stacked_regs, cfsr_val, hfsr_val, mmfar_val, bfar_val 等变量的值。
3
步骤 3: 解读故障信息
分析 CFSR
分析 HFSR
分析 MMFAR 和 BFAR
如果 MMARVALID 或 BFARVALID 置位，这两个寄存器会告诉你导致内存或总线错误的确切地址。检查这个地址是否在你预期的内存范围内，是否需要特殊访问权限（如 MPU 设置），或者是否指向了一个无效的外设地址。
分析堆栈帧中的 PC 和 LR
4
步骤 4: 定位并修复源代码
根据反汇编窗口中定位到的指令地址，结合 .map 文件或调试器的符号信息，找到对应的 C 源代码行。
分析原因:
根据分析出的原因修改代码，重新编译、下载并运行代码，确保HardFault 不再发生。
