FreeRTOS 中如何定位 HardFault？

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。,而鱼鹰定位 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：,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）,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：,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。,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,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。,2）使能 RTOS 支持,3）具体 RTOS 选择 FreeRTOS,4）芯片内核根据实际选择，目前支持 M0、M3、M4、M7。,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,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）,7) 如果是 C++ 编译的，有可能出错，可以在开头定义这个：,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：,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,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：,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。,因为刚进入 Hardfault 时的信息最全，又不想每次打断点，上面的代码很好的实现了功能，同时也不会影响程序的正常运行（会自动判断是否处于调试模式）。,8、实验。,上面都搞定了，就可以验证一下效果了。这里我们我们可以模拟仿真看看情况。（修改工程配置，这些内容鱼鹰以前分享过，不多说）,,运行仓库例子后，应该能打印下面的信息，告诉我们出现了 div 0 错误,,而你移植好的工程也应该打印类似的信息（加入测试代码 ：fault_test_by_div0();）如果打印不出来，有两种可能：,1、打印函数没初始化好就进入了Hardfault,2、打印函数有问题。,,之后我们复制最后一行，然后运行仓库 tools 里面的 add2line 工具看看调用栈信息：,,在 git bash 中可能会执行失败，可以加入程序路径，当然也可以将该工具路径加入到Windows 环境变量中。有可能提示找不到 axf 文件，把这个文件拷贝到工具下即可。,正确的做法是，将该工具放到 C 盘目录下，同时添加环境变量，之后就可以在 axf 目录下打开 gitbash 或者 cmd 窗口执行命令即可。,这里只作为演示，就不多介绍这些了。,最后再简单介绍一下这个组件的实现原理：,如果出现hardfault， 首先进入汇编文件的 HardFault_Handler 处理，这里会得到当前的栈指针和 LR，并且根据 LR 确定出错的栈是哪个《STM32 两个栈，你用哪一个？》（这里是 PSP 栈）,根据错误寄存器信息，确定哪种错误（这里为 除 0 错误）。,然后对栈信息 和 LR 、PC 进行 FLASH 上的汇编代码分析，找出可能的跳转指令，这里找到的两个跳转地址为 0x08001f96 0x08000368，进而得到调用栈。,因此，要能准确的得到调用栈，有两点重要前提条件（建议优化等级 -O0）：,1、栈未被破坏,2、芯片运行代码和 axf 文件保持一致。,即使如此，你也不能保证找出的调用栈就是正确的，比如你使用 fault_test_by_unalign() 测试，得到的结果如下： ,,中间多了一个 fputc。,因此，这些打印信息只能作为参考使用。,但在线调试不同，它更专业，不容易出现错误调用关系。,