如何根据HardFault中断抛出的寄存器值排查数组越界

Gitee仓库

git clone https://gitee.com/banana-peel-x/freedom-learn.git

项目场景：

实习的时候遇到了函数不可重入问题，场景是上位机与MCU通过udp协议通信，控制MCU测试不同的功能项，频率为1s/次。其中测试CAN老化功能时，需要每秒让CAN控制器进入LoopBack模式，自发自收后上传。测试时偶发跑死，串口抛出异常。

根因：是由于在其他的task里会控制can的模式，在udp的钩子函数里（我的task）里也需要切换can的模式，自测没有问题是两者偶尔各自控制一下硬件没有影响，压测会出现同时控制can，出现HardFault。

问题描述

从本科做项目开始，排查Bug主要靠直觉，小代码量绰绰有余。对于代码量很大的程序却很低效。最后靠部门大佬帮忙解决，大佬一通操作直接看起了汇编，近来吃不好睡不香，故捡起来琢磨一下大佬的排查方法。

首先改进启动文件，startup_stm32f103xb.s：通常出现HardFault异常后会进入HardFault_Handler中断，这里弃用HardFault_Handler函数，改用hard_fault_handler_c函数。
常规

HardFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP

改进

HardFault_Handler\
                PROC
                MOVS    r0, #4
                MOV     r1, lr
                TST     r0, r1
                BEQ     stacking_used_MSP
                MRS     r0, psp
                B       get_LR_and_branch
stacking_used_MSP
                MRS     r0, msp
get_LR_and_branch
                MOV     r1, lr
                IMPORT  hard_fault_handler_c
                BL       hard_fault_handler_c  
                ENDP

在hard_fault_handler_c函数中通过Uart抛出寄存器的值

void hard_fault_handler_c(unsigned int * hardfault_args, unsigned lr_value)
{
  unsigned int stacked_r0;
  unsigned int stacked_r1;
  unsigned int stacked_r2;
  unsigned int stacked_r3;
  unsigned int stacked_r12;
  unsigned int stacked_lr;
  unsigned int stacked_pc;
  unsigned int stacked_psr;
  stacked_r0 = ((unsigned long) hardfault_args[0]);
  stacked_r1 = ((unsigned long) hardfault_args[1]);
  stacked_r2 = ((unsigned long) hardfault_args[2]);
  stacked_r3 = ((unsigned long) hardfault_args[3]);
  stacked_r12 = ((unsigned long) hardfault_args[4]);
  stacked_lr = ((unsigned long) hardfault_args[5]);
  stacked_pc = ((unsigned long) hardfault_args[6]);
  stacked_psr = ((unsigned long) hardfault_args[7]);

  printf ("[Hard fault handler]\r\n");
  printf ("R0 = %x\r\n", stacked_r0);
  printf ("R1 = %x\r\n", stacked_r1);
  printf ("R2 = %x\r\n", stacked_r2);
  printf ("R3 = %x\r\n", stacked_r3);
  printf ("R12 = %x\r\n", stacked_r12);
  printf ("Stacked LR = %x\r\n", stacked_lr);
  printf ("Stacked PC = %x\r\n", stacked_pc);
  printf ("Stacked PSR = %x\r\n", stacked_psr);
  printf ("Current LR = %x\r\n", lr_value);

  while(1); // endless loop
}

发生异常后，可以通过串口抛出的值快速定位问题，KEIL在不破坏现场的情况下进入Debug模式。
当中断或者异常发生时，内核会将xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、R0这些寄存器按照顺序依次存入堆栈，这些寄存器中的值是中断/异常发生前一刻的值。
    故抛出的PC寄存器存的就是被中断打断的指令的下一条指令地址，所以我们同个定位PC寄存器中地址所指向的代码，就可以精准定位或定位在问题代码附近。

原因分析：

根据Stacked PC = 8002e8c，在汇编中查找抛出异常前代码运行位置，可以看出StackFlow_50ms函数中数组越界。