STM32 Hardfault异常调试-笔记

在嵌入式开发中，Hardfault异常是常见的问题之一。当程序访问非法地址或执行非法指令时，系统会触发Hardfault中断。此时，如何通过栈地址快速定位问题根源是调试的关键，如何通过栈的地址找到我们的问题发生的地方。

一、基础寄存器与栈结构

1.1 核心寄存器作用

R0-R12：通用寄存器，用于存储临时数据和运算结果。
R13（SP）：栈指针（Stack Pointer），指向当前栈顶。STM32有主栈（MSP）和进程栈（PSP）两种模式。
R14（LR）：链接寄存器（Link Register），保存函数调用返回地址。（它保存的是什么呢？保存的是程序下一个要运行的地址，就是下一条要运行的指令。）
PC：程序计数器（Program Counter），指向当前执行的指令地址。

1.2 压栈基础知识

假如说我们的函数，我们的func_A如果调用了func_B。如果调用了func_B那么func_A在调用它之前，会把自己要运行的下一条这条return的这个地址放到R14里面。
它调用完func_B以后，R14指向func_A的return处，让它继续运行。这个就是我们的基础知识。

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1.3 PC指针是什么？

PC指向的是我们当前程序所运行到的地址，PC指令装填我们当前现在即将要运行的这条指令。

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1.3 SP指针是什么？

SP就是我们的栈顶指针，它指向哪里呢？

从上面的图中可以看出栈是从下依次往上，地址逐渐减小，栈指针就指向的就是这个栈顶的。

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1.4实际演练

调试一步一步走这个时候它PC指针一直在动，这个栈指针没动。我们再走一步。到达调用func_A函数。

看他把这里的0X1234678装载到R4寄存器中，R4当中这个时候它func_A，主要func_A它即将要进行一个调用。

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这个时候你看这里的这是他的指令汇编指令，他现在知道了这一条，这一条是什么？把0XA123装到R1里面

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0XA123在这里，比如说他先去把他在调用这个函数的时候，他先去把这个函数的第二个参数，他先装进了自己的R1寄存器。

#0xA123装进了我们的R1寄存器，0x12345678这里的R4值就把我们这里的R4就放到了R0。
R4就放到了R0。

为什么把R4放？因为R4之前在"uint32_t var_main.0x12345678;“载入变量了，他再作为参数传进到"func_A”。

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R0是什么呢？R0就是它的另一个参数，所以它在调用这个函数的时候，会预先把这里传入的两个参数压到R0和R1寄存器

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调试下一步进入函数

跳转进来，可以看到汇编的进行了一个压栈，“PUSH”。

方便我运行完function a以后，我还能知道我退出function a以后，我是要运行这一段指令“”

现在看下R13（SP）寄存器 地址为“”。
往下走单步调试，R13（SP）寄存器变成 。它是不是一次前进了16个字节

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打开一个Memory的窗口。输入地址0x200005A8

这里的地址从大依次变小，里面存了一个数“12345678”。这个地方好像就把之前存在这里R4的这个是不是压进来了。

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把R4到R6都给压进来了，然后还把LR给压进来了。

那么LR它压到哪里了呢？LR是什么？
LR其实就指向的是我们调用function a的，下一句话

我们在往Memory的窗口看，他压栈的过程当中是先压这个LR，栈从右边往左写，地址逐渐减小。

所以LR就是0x08001653。

如果我想看这个地址是哪条指令，我们怎么办呢？
在汇编窗随便点击右键，选择“show disassembly at address”

跳转到0x08001653处，但是呢？显示不出来是为什么呢？
因为LR
如果你想跳到准确的下一个执行的地址，汇编不会完整的显示。但是可以推断出来

然后我们再往下调用，调试进行下一步，跳到function b函数处了


进行压栈 。R13的地址变成“0x20000598”。原来的是“0x200005A8”。对比正好又压进了16字节

最后就是它的LR寄存器 “0x08001601”。
跳转



上下滚动一下鼠标发现就在这里。那是不是这一句话就是我们function a调用完function b会回到这里

这样就实现了我们通过栈来追溯回收信息

以这个为例子产生have fault的过程。

“0xA0000000”在STM3F4当中，我们访问的这里这个地址，你看我们让它指向了一个错误的地址。

它是不存在的，即使存在也是系统保留。如果它指向这里，直接会造成那个地址非法访问。

假如当我们不知道在哪个位置发生错误的时候，程序全速运行。程序突然进入have fault

通过LR寄存器，我们来反追查到是哪个指令调用完以后就产生了have fault。

但我在这一看这个LR寄存器是0xFFFFFFE9，它不像是一个有意义的地址

通过地址0xFFFFFFE9 跳转到这里，也是have fault函数的位置处

遇到这种情况我们该怎么办？这就需要用到要使用栈指针

现在我们看R13（SP）地址为0x20000548，在Memory的窗口处该地址会压入四个字就是16个字节

这个地方好像存在了一个地址，地址都是80开头的。

所以在这种进入错误的时候，进入这种have fault的时候，它不会给你压成压完整的栈，它这个地方会给你强行有一个主栈切换到从栈

按照我这个方法找，就从你最顶的站，最顶上面的站指针，你一直往后找，找到这里有一个疑似你地址段
跳转

如果我能从have fault里面退出来，程序能从have fault里面退出来，应该是运下一条就要运行这个指令“while”。那我上一条指令是不是就这个指令往上找就行了，最终找到

对比下地址0X08001611与0x08001608 是不是很靠近，疑似你地址段的， 所以我们完全有理由怀疑到这个位置，就怀疑这里已经出错了