STM32F1系列之STM32的异常（基于Keil-MDK)

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STMCU小助手发布时间：2022-8-27 14:22

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文章简介:	STM32F1系列之STM32的异常（基于Keil-MDK)

一、STM32的异常处理机制
对于cortex M3/M4来说，CPU每执行完一条指令都会检查有无异常产生，当CPU发现有异常产生时，它就会进行如下处理：
保存现场
分辨异常/中断，调用对应的异常/中断处理函数
恢复现场
每个异常/中断对应着一个异常向量，所有的异常向量组成一个异常向量表，对于cortex M3/M4来说，这个异常向量表中放置的就是具体异常/中断的处理函数的地址，当发生异常时，CPU就会从向量表里找到对应的项，从而得到处理函数的地址，跳转去执行。另外，对于cortex M3/M4来说，保存/恢复现场都是是硬件实现的。
我们可以打开一个STM32库的汇编启动文件，例如startup_stm32f10x_hd.s，我们可以看到，前面的时异常，后面的就是中断了（其实中断也是一种异常）。

二、未定义指令异常
未定义指令，即使"还没有定义的指令"，也就是CPU不认识的指令。
修改汇编文件，如下所示，添加各种异常的向量表项，另外在调用mymain()函数前调用串口初始化函数，并添加一个未定义的指令异常。

Stack_Size EQU 0x00000500 ;定义堆栈大小为1024byte/ i. W6 D' O: B8 ^! w5 t) [
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;定义一个数据段,标记为STACK，即栈，不写入初始值初，对RAM来说，即初始化为0，8字节对齐* b' I" b0 t4 B+ R
Stack_Mem SPACE Stack_Size ;保留Stack_Size大小的栈空间8 r! H( V* H' i
__initial_sp ;标号，代表堆栈顶部地址，后面有用8 I8 G! f- ~1 r
# ]9 ], Z$ v, Z& L! ]. T& Z* V
PRESERVE8 ;指示编译器8字节对齐# X0 b, u; J) r: g# R2 Z5 f6 S
THUMB ;指示编译器以后的指令为THUMB指令 ) C& ^. C- _' t
) ~( z1 M4 A: H
, o* Z+ M, v ?0 V9 d( n+ J& p. L
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
' l0 E$ l: J/ A7 M% D# ]/ {
AREA RESET, CODE, READONLY ;定义只读数据段，标记为RESET，其实放在CODE区，位于0地址; d% b; |# G. ]& o8 v8 R
EXPORT __Vectors ;在程序中声明一个全局的标号__Vectors，该标号可在其他的文件中引用# N3 X6 y. x& A" n
IMPORT NMI_Handler ; NMI Handler7 v ?* k) E0 J+ k
IMPORT HardFault_Handler ; Hard Fault Handler1 y4 H- r2 Z, U/ d9 R6 P$ _
IMPORT MemManage_Handler ; MPU Fault Handler) F* |2 G; A. s) a! C* \! R
IMPORT BusFault_Handler ; Bus Fault Handler' x, q. X+ I* Q6 _, f9 D' U
IMPORT UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
2 l6 G* A* ]6 Z6 U2 J/ C
IMPORT SVC_Handler ; SVCall Handler) P& X2 O/ N& Q/ _: x9 {* o
IMPORT DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler6 j/ g4 ]: e0 q/ J! e/ Y, ]& _: j
IMPORT PendSV_Handler ; PendSV Handler
, M7 n5 U1 g! H6 y$ V# E- j
IMPORT SysTick_Handler ; SysTick Handler : g& w \' T0 X+ n& m5 w. ~
: p0 h' I" v+ r5 m& ~8 L, }/ D) w, u
__Vectors DCD __initial_sp ;当前地址写入一个字(32bit)数据，值应该为栈顶地址5 ^# H6 K1 c7 M! N+ f: k
DCD Reset_Handler ;当前地址写入一个字(32bit)数据，值为Reset_Handler指向的地址值，即程序入口地址5 H0 |' g/ S9 o1 ? h$ T
DCD NMI_Handler ; NMI Handler. Y0 M2 F: k" ^( C: u' N
DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler6 a& n0 N+ q- M
DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler
( ] t# D* U, F* p$ e2 m5 I$ ]
DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler! o4 `" Q0 f/ B. K P5 @
DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
* W' U4 T9 }* F, W
DCD 0 ; Reserved
3 ~7 t- u9 F* b7 K7 v2 E1 W0 b0 i4 h
DCD 0 ; Reserved
! q: s. M6 H- }5 z8 _% J- f
DCD 0 ; Reserved% w% f0 H8 T9 ?2 b9 \& b
DCD 0 ; Reserved3 b9 d) e" a6 j/ x6 {/ b; g
DCD SVC_Handler ; SVCall Handler- h' ]/ K# `. _# W W+ L# b
DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler0 R# K4 r. p4 u
DCD 0 ; Reserved, z/ |4 G7 d9 M) k8 U/ g/ c
DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler0 a/ A; O% a! S& d+ F$ R9 I3 a
DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler" }9 r" Y+ U! \# \
' l# [1 i) K' u/ V, Y6 ]
AREA |.text|, CODE, READONLY ;定义代码段，标记为.text
2 M' b# @) W" C$ t
" \- {0 o5 [. o, E
; Reset handler ;利用PROC、ENDP这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰
& m# \3 z! u+ s
Reset_Handler PROC ;过程的开始
U# Y: g' M6 q/ h* J- ]8 x, Z
EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;[WEAK] 弱定义，意思是如果在别处也定义该标号(函数)，在链接时用别处的地址。! M5 }5 F0 U2 i: Q |
) z1 Y# y( @# G% j7 k2 }
IMPORT |Image$RW_IRAM1$Base| ;从别处导入data段的链接地址
IMPORT |Image$RW_IRAM1$Length| ;从别处导入data段的长度) J8 G( Z6 I3 d2 S$ m; F9 e
IMPORT |Load$RW_IRAM1$Base| ;从别处导入data段的加载地址
3 o# L# d' j% d* g& ^5 t
IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ;从别处导入ZI段的链接地址, w* s* o5 T- X# |5 I* E
IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Length|;从别处导入ZI段的长度 ]6 l; g5 i6 S0 R, F; V+ m! X
: t0 f. C6 Z1 R+ w/ L6 i& ~
; 复制数据段4 y- j7 H) X6 w' r+ z R
LDR R0, = |Load$RW_IRAM1$Base| ;将data段的加载地址存入R0寄存器
/ j* A4 G9 Q& G8 c5 ^$ R
LDR R1, = |Image$RW_IRAM1$Base| ;将data段的链接地址存入R1寄存器$ W& R2 A. |3 A3 d& K, T( J* b
LDR R2, = |Image$RW_IRAM1$Length| ;将data段的长度存入R2寄存器
1 N( o$ J4 y. o# I& b; _
CopyData * H6 @% P4 V' P. ]' {! {
SUB R2, R2, #4 ;每次复制4个字节的data段数据9 f( I! O. a4 s& W
LDR R3, [R0, R2] ;把加载地址处的值取出到R3寄存器: ^5 t2 I1 S1 E [
STR R3, [R1, R2] ;把取出的值从R3寄存器存入到链接地址
9 C& G6 R" a# ~
CMP R2, #0 ;将计数和0相比较" v6 p5 G: C( y1 f* A' k
BNE CopyData ;如果不相等，跳转到CopyData标签处，相等则往下执行
3 b; O {0 }; o# v6 A5 Y8 j
. D0 O* ^. W) z% D# ~+ K
; 清除BSS段
/ X+ o5 L& G$ _1 c' P' y
LDR R0, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ;将bss段的链接地址存入R1寄存器
7 m0 ]9 }% u7 \, R1 c7 n
LDR R1, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Length| ;将bss段的长度存入R2寄存器: g) {! H/ E4 R6 Z" u- Q0 L
CleanBss
+ b+ { l |5 s. X- Q9 H0 x6 D
SUB R1, R1, #4 ;每次清除4个字节的bss段数据
' R+ q, g+ U, y) u( P; W7 Z. w
MOV R3, #0 ;将0存入r3寄存器% ~- B8 l- ~' W/ S
STR R3, [R0, R1] ;把R3寄存器存入到链接地址 ! U0 T7 }# e3 {9 }: ]; ~4 w
CMP R1, #0 ;将计数和0相比较0 z$ s) L' Q3 \* i6 n* o) c8 y* n$ [
BNE CleanBss ;如果不相等，跳转到CleanBss标签处，相等则往下执行
& e- h# \4 |6 B d
2 D( C6 H2 w$ y
* |4 @- Q1 o1 V( K
IMPORT mymain ;通知编译器要使用的标号在其他文件' A1 `, R9 h' n
IMPORT uart_init0 p5 Z4 L# G# C/ W' ~7 G
2 N& P( M& e% t% ~# ?# r1 j( D
BL uart_init ;跳转去执行uart_init函数
+ T3 p% Y% [8 b0 d* A
# {; q, u% q; \, A$ r! z# B4 M2 C
DCD 0XFFFFFFFF ;一个未定义的指令
; v4 g# T- Q# N# E
9 M' W4 s6 U* X! f. V/ }) C
BL mymain ;跳转去执行main函数
) H1 ^3 S1 V) L- I& L- q2 D
B . ;原地跳转，即处于循环状态
$ D& u* b! v, u! q/ ~
ENDP
% `2 E ]$ H% z/ S
" |1 I. s H* T; ?+ F! R4 g
ALIGN ;填充字节使地址对齐$ i# ~" G& C6 W2 \
END ;整个汇编文件结束

复制代码

然后新建exception.c文件，并添加各种异常处理函数

#include "uart.h"
! `; o8 U$ ^. e7 g
5 [* I/ {" r" r
void NMI_Handler(void)1 V6 p$ h W9 W% y a$ {
{, \9 v* B3 n( A4 @
putstring("Exception: NMI.\r\n");6 Y) w- M1 \ e0 W; A) U' E
}! U' s# P; c h, P9 ]8 R3 I
void HardFault_Handler(void)# K& ~8 ?; `) y0 E4 n! Z, ^ `0 {1 ?# f
{
6 v$ J7 r) E8 W& i
putstring("Exception: Hard Fault.\r\n");
Q% _8 J) `: A; g6 b
}3 M2 I! Q: {5 S% S1 ^7 G4 z
void MemManage_Handler(void)
% p n2 F+ n( u: R
{1 y4 N' z. e7 B7 ]' a i/ K
putstring("Exception: Mem Manage Fault.\r\n");
}
0 U8 \& O" ?# d3 P( Z
void BusFault_Handler(void)
% b* f" |! |: S
{. {& w" j( @: R* D
putstring("Exception: Bus Fault.\r\n");
% g, A# _) F6 C- R+ U
}' K" t- U6 u0 Z8 Y1 Q) I9 a
void UsageFault_Handler(void)& S" M3 x, N R" C
{* c( w, M# L+ \. G
putstring("Exception: Usage Fault.\r\n");
) I; C7 C; S- l7 H, ~ w1 w9 u
}. u5 p! d% e8 p/ U& o
void SVC_Handler(void)
2 A4 o8 y6 J+ k! a
{% K0 v7 M) z: c8 g
putstring("Exception: SVCall.\r\n");, E' t' N7 h7 G7 h2 g
}
. M$ Y' O* E* F* T/ F# q
void DebugMon_Handler(void)% r" k/ X$ }5 S6 _$ V1 U6 l
{, a, m, s+ b$ p& v9 A9 Q! ^
putstring("Exception: Debug Monitor.\r\n");+ s. n: c* i9 Q$ y" B/ y/ Z- A$ p
}
. }% g0 w9 M# o& ~9 a: U/ X( i& C! Z
void PendSV_Handler(void)
7 O7 w4 s' q) r( s
{
3 ~# M; Y7 p/ @( P: i) m2 H. G
putstring("Exception: PendSV.\r\n");/ l) R) S8 C; }
}. s3 O+ C; h d% u& t! Z8 }) l' y" j
void SysTick_Handler(void)$ r3 V6 g4 J8 ~, z
{9 k* g% Z. P7 u% f* h
putstring("Exception: SysTick.\r\n");
) }6 Z$ `/ D* l
}

复制代码

然后编译烧录运行，可以看到，串口一种打印硬件错误异常，这是因为没有将异常标志位清除的结果

另外，进入了硬件错误异常而不是未定义指令异常，是因为cortex M3/M4的如下机制，因为未定义指令属于"处理器操作相关的错误"，如果没有使能"Usage Fault"，发就会触发"Hard Fault"。

那么要怎么使能"Usage Fault"，我们要对SCB->SHCSR寄存器的第十八位写1来使能。即System Control Block的System Handler Control and State Register。
我们找到STM32库里的core_cm3.h文件可以看到这个寄存器的结构体定义，将这个文件加入我们的工程中