一个地址未对齐引起的 HardFault 异常

STMCU小助手 · 2023-02-19T09:00:00+00:00

1. 概述* `: `6 \9 \& Q0 z+ _! M! e- j. o% }# e % p- O2 \- ~. m+ T 客户在使用 STM32G070 的时候，KEIL MDK 为编译工具，当编译优化选项设置为Level0 的时候，程序会出现 Hard Fault 异常，而当编译优化选项设置为 Level1 的时候，则程序运行正常。表面上看，这似乎是 KEIL MDK 的问题，通过分析，导致这个问题的本质原因是内存地址没有对齐引起的，下面章节将详细分析该问题的来龙去脉以及解决方法。% s5 Z, \" r8 r) Y 4 b8 B3 S( B* q* W ( q! I: F# | w% H2. 问题描述与分析" N( y" e1 m8 S$ \& g$ k8 ~ 根据客户的反馈，引起问题的代码很简单，客户定义了几个全局数组，在主程序中访问这几个数组就会出现 Hard Fault 异常，参考代码如下。; R, g( ~# Y$ K2 C1 K" V6 g* ^! \ & E+ o9 d8 y2 W4 A7 | ; E2 k& L' o( `- C+ m! k& d ! X* t: H4 Z( ]5 f$ i |- T2 g: [$ m0 }- o1 \ 8 N ^4 G, a2 g* Q7 O' P4 E把客户提供的代码片段移植到 NUCLEO-G070RB 开发板上，问题很容易就复现了，代码本身功能简单，写法上也没有错误，所以从代码片段本身上看，无法确定问题出在哪里，通过 KEIL 调试器，在汇编窗口单步调试下，最终发现导致 HardFault 异常的语句为下图所示语句。9 T/ A+ ^- \% X ) ]' [9 |$ x D, U 9 ~" Y! ^" j, P! P & g( `2 j6 L* S- w+ E2 o2 p / O6 D7 t) A1 [' h, W$ J. L1 A5 V! l( q 根据单步调试得知出现问题的语句为 LDR 指令，参考 Cortex M0 编程手册 PM0223 得知 LDR 指令的作用是从内存地址中加载一个 WORD 数据到目的寄存器 Rt 中，其中内存地址根据 Rn 或者 SP 寄存器的值以及立即数 imm 得到。- ?* r, c, T% Y4 t4 k; { 5 y$ G& W, m9 U" h+ L/ Y1 O* d$ Y' P1 Z ! Z; G9 I8 Y0 g. D' N+ Y3 E/ M , I+ [: y8 [1 u! T$ s# } ; I4 c1 r- r6 p! o+ S根据指令的描述，使用 LDR 指令的时候，通过 Rn 和 imm 计算得到的内存地址必须是读取字节数的倍数，LDR 每次读取一个 WORD，所以使用 LDR 指令时，内存地址必须 4字节对齐。如果地址没有对齐，则会导致 HardFault 异常。 ( m- B( g( N# n7 H2 w4 i" A结合 LDR 指令的描述，在调试状态下，通过查看寄存器值，图 2 出错语句中根据 Rn和 imm 计算得到的内存地址为 R0=0x2000000B,imm=4 所以内存地址为 0x2000000F,很显然这个地址不是 4 字节对齐的。 $ X& b5 \ w( F3 d6 q/ t6 Q u% d) {6 g& v0 p 8 f o$ q; M4 I6 o6 p % _7 S, E& M/ l! J % {% Y( n% ]/ p4 a8 N* X! p完整版请查看：附件一个地址未对齐引起的 HardFault 异常.pdf (673.92 KB, 下载次数: 9) 2023-2-17 18:15 上传点击文件名下载附件 o \) E( X& H4 O

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STMCU小助手发布时间：2023-2-19 17:00

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1. 概述

客户在使用 STM32G070 的时候，KEIL MDK 为编译工具，当编译优化选项设置为Level0 的时候，程序会出现 Hard Fault 异常，而当编译优化选项设置为 Level1 的时候，则程序运行正常。表面上看，这似乎是 KEIL MDK 的问题，通过分析，导致这个问题的本质原因是内存地址没有对齐引起的，下面章节将详细分析该问题的来龙去脉以及解决方法。

2. 问题描述与分析
根据客户的反馈，引起问题的代码很简单，客户定义了几个全局数组，在主程序中访问这几个数组就会出现 Hard Fault 异常，参考代码如下。

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把客户提供的代码片段移植到 NUCLEO-G070RB 开发板上，问题很容易就复现了，代码本身功能简单，写法上也没有错误，所以从代码片段本身上看，无法确定问题出在哪里，通过 KEIL 调试器，在汇编窗口单步调试下，最终发现导致 HardFault 异常的语句为下图所示语句。

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根据单步调试得知出现问题的语句为 LDR 指令，参考 Cortex M0 编程手册 PM0223 得知 LDR 指令的作用是从内存地址中加载一个 WORD 数据到目的寄存器 Rt 中，其中内存地址根据 Rn 或者 SP 寄存器的值以及立即数 imm 得到。

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根据指令的描述，使用 LDR 指令的时候，通过 Rn 和 imm 计算得到的内存地址必须是读取字节数的倍数，LDR 每次读取一个 WORD，所以使用 LDR 指令时，内存地址必须 4字节对齐。如果地址没有对齐，则会导致 HardFault 异常。
结合 LDR 指令的描述，在调试状态下，通过查看寄存器值，图 2 出错语句中根据 Rn和 imm 计算得到的内存地址为 R0=0x2000000B,imm=4 所以内存地址为 0x2000000F,很显然这个地址不是 4 字节对齐的。

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