hardfault_handler詳解

Hard fault是指ARM Cortex-M處理器發生不可恢復的錯誤時觸發的中斷。當CPU執行一條非法指令、訪問非法地址或者發生堆棧溢出等情況時，就會觸發hard fault，中斷處理函數為hardfault_handler。本文將從多個方面對hardfault_handler進行詳細的闡述，包括其概念、原因、實現方式、調試方法等。

一、hardfault_handler的概念

1、hard fault發生的原因

Hard fault通常發生在以下情況下：

（1）非法彙編指令；

（2）非法物理地址；

（3）下溢或上溢；

（4）內存保護錯誤；

（5）堆棧溢出等。

在這些情況下，處理器會觸發一個硬體異常，並跳轉到hardfault_handler中斷處理函數。

2、hardfault_handler的作用

Hardfault_handler的主要作用是對硬體錯誤進行處理，保存相關狀態信息，並進行相應的操作，以及能夠幫助程序員在調試時快捷地定位問題。

二、hardfault_handler的實現方式

1、arm-none-eabi-gcc編譯環境下的實現方式

/**
  * @brief  This function handles Hard Fault exception.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void HardFault_Handler(void)
{
  /* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */
  while (1)
  {
  }
}

2、Keil MDK編譯環境下的實現方式

void HardFault_Handler(void)
{
    __ASM volatile
    (
        "TST LR, #4 \n"
        "ITE EQ \n"
        "MRSEQ R0, MSP \n"
        "MRSNE R0, PSP \n"
        "MOV R1, LR \n"
        "B hard_fault_handler_c \n"
    );
}

這兩種實現方式的流程都是一樣的：CPU進入Hard Fault狀態後，調用HardFault_Handler中斷處理函數；在中斷處理函數中保存相關現場信息，調用硬體操作等，最後進入死循環。

三、hardfault_handler的調試方法

在代碼開發過程中，經常會出現hardfault_handler中斷處理函數被觸發的情況。針對這種問題，我們可以通過以下幾種方法進行調試：

1、利用Keil MDK的Debug功能，設置斷點，檢查當前程序運行到了哪一行代碼。通過檢查每一行代碼，找到導致Hard Fault的可能原因。

2、利用調試器查看相應的寄存器值，找到程序執行時可能出現的異常情況，如非法地址訪問等。

3、通過硬體排除故障。當程序頻繁地觸發Hard Fault時，可能是硬體出現了故障，比如存儲器損壞、電源不穩等。此時需要通過硬體測試設備，如萬用表、示波器等進行排故。

四、hardfault_handler處理實例

以下是一個hardfault_handler處理的示例：

/* 程序代碼 */
int main(void){
  uint8_t array[3] = { 0 };
  uint8_t i = 0;
  
  for(i=0; iHFSR=0x%x\n",SCB->HFSR);
  printf("SCB->CFSR=0x%x\n",SCB->CFSR);
  printf("SCB->DFSR=0x%x\n",SCB->DFSR);
  printf("SCB->AFSR=0x%x\n",SCB->AFSR);
  
  while(1);
}

例子中，程序出現了數組越界的錯誤，導致發生了hard fault。在hardfault_handler中斷處理函數中，將錯誤信息列印出來，從而更好地定位問題。

五、小結

本文詳細講述了hardfault_handler中斷處理函數的概念、原因、實現方式、調試方法以及代碼實例，對於進行ARM Cortex-M編程的開發人員來說是非常有參考價值的。