1. 摘要

Cortex-M內(nèi)核實現(xiàn)了一個高效異常處理模塊，可以捕獲非法內(nèi)存訪問和數(shù)個程序錯誤條件。本應用筆記從程序員角度描述Cortex-M Fault異常，并且講述在軟件開發(fā)周期中的Fault用法。

2. 簡介

Cortex-M3（以下簡稱CM3）和Cortex-M4（以下簡稱CM4）內(nèi)核的Fault異?？梢圆东@非法內(nèi)存方法和非法編程行為。Fault異常能夠檢測到以下情況：

總線Fault：在取址、數(shù)據(jù)讀/寫、取中斷向量、進入/退出中斷時寄存器堆棧操作（入棧/出棧）時檢測到內(nèi)存訪問錯誤。

存儲器管理Fault：檢測到內(nèi)存訪問違反了MPU定義的區(qū)域。

用法Fault：檢測到未定義的指令異常，未對齊的多重加載/存儲內(nèi)存訪問。如果使能相應控制位，還可以檢測出除數(shù)為零以及其他未對齊的內(nèi)存訪問。

硬Fault：如果上面的總線Fault、存儲器管理Fault、用法Fault的處理程序不能被執(zhí)行（例如禁能了總線Fault、存儲器管理Fault、用法Fault異?；蛘咴谶@些異常處理程序執(zhí)行過程中又出現(xiàn)了Fault）則觸發(fā)硬Fault。

本應用筆記描述CM3和CM4的Fault異常用法。系統(tǒng)控制寄存器組中的寄存器可以控制Fault異常或者提供引發(fā)異常的原因信息。

更深入的文檔

完整的異常描述見《Cortex - M3 Technical Reference Manual》或者《Cortex -M4 Technical Reference Manual》，這兩本參考手冊都可以在www.arm.com中找到。

另一個很好的參考書是由Joseph Yiu編寫的《The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3》 （這本書有中文版：宋巖譯的《ARM Cortex-M3權威指南》）。

3. Cortex-M Fault異常和寄存器

每個符合CMSIS規(guī)范的編譯器所提供的啟動文件（Startup_device）都會定義好設備所有的異常和中斷向量。這些向量表定義了異?；蛑袛嗵幚沓绦虻娜肟诘刂?。下表給出了一個典型的向量表，F(xiàn)ault異常向量用藍色標注。

::__VectorsDCD__initial_sp;棧頂DCDReset_Handler;復位處理程序入口DCDNMI_Handler;NMI處理程序入口DCDHardFault_Handler;硬Fault處理程序入口DCDMemManage_Handler;存儲器管理處理程序入口DCDBusFault_Handler;總線Fault處理程序入口DCDUsageFault_Handler;用法Fault處理程序入口DCD0;保留::

通?？偸鞘鼓苡睩ault異常的，硬Fault異常具有固定的優(yōu)先級，并且優(yōu)先級高于其它Fault異常以及中斷，但低于NMI。硬Fault異常處理程序在以下情況下會被執(zhí)行：其它非硬Fault異常（非硬Fault異常是指總線、存儲器管理和用法Fault 異常，下同。）被禁能，并且這些Fault異常被觸發(fā)；在執(zhí)行一個非硬Fault異常處理程序中又產(chǎn)生非硬Fault異常。

所有非硬Fault具有可編程的優(yōu)先級。當Cortex-M內(nèi)核復位后，這些非硬Fault被禁能，你可以在應用軟件中通過設置“系統(tǒng)Handler控制及狀態(tài)寄存器（SHCSR）”來使能非硬Fault異常。這個寄存器屬于系統(tǒng)控制模寄存器組（SCB）

3.1 Fault異常的控制寄存器

在這里有必要介紹一下系統(tǒng)控制模塊寄存器組（SCB）的成員，這個寄存器組的定義可以在core_cm3.h文件中，該文件屬于CMSIS Cortex-M3 內(nèi)核外設接口抽象層的一部分（關于不清楚CMSIS的，可以自行查找資料）。定義如下：

1.定義系統(tǒng)控制寄存器組結(jié)構(gòu)體

/**@briefSystemControlBlock(SCB)registerstructuredefinition*/typedefstruct{__Iuint32_tCPUID;/*!
2. 定義系統(tǒng)控制寄存器組物理空間基地址
3. 定義指向系統(tǒng)控制寄存器組的指針
#defineSCB((SCB_Type*)SCB_BASE)/*!
    
   通過以上三步，我們就可以使用結(jié)構(gòu)體指針SCB來訪問系統(tǒng)控制寄存器組的寄存器了，比如給系統(tǒng)控制寄存器SCR賦值：SCB->SCR=0xFF；
   SCB->CCR寄存器控制除數(shù)為零和未對齊內(nèi)存訪問是否觸發(fā)用法Fault。
   SCB->SHCSR寄存器可用來使能非硬Fault異常。如果一個非硬Fault異常被禁能并且相關Fault發(fā)生，這時異常會升級為硬Fault。SCB->SHP寄存器組控制異常的優(yōu)先級。
Fault異?？刂萍拇嫫髁斜?
地址/訪問
寄存器
復位值
描述
0xE000ED14
RW 特權級
SCB->CCR
0x00000000
配置和控制寄存器：包含控制除數(shù)為零和未對齊內(nèi)存訪問是否觸發(fā)用法Fault的使能位。
0xE000ED18
RW 特權級
SCB->SHP[12]
0x00
系統(tǒng)處理程序優(yōu)先級寄存器：控制異常處理程序的優(yōu)先級
0xE000ED24
RW特權級
SCB->SHCSR
0x00000000
系統(tǒng)處理程序控制和狀態(tài)寄存器
3.1.1 SCB->CCR 寄存器
藍色部分控制是否使能相應的用法Fault
位
名稱
描述
[31:10]
-
保留
[9]
STKALIGN
表示進入異常時的堆棧對齊。
0：4字節(jié)對齊
1：8字節(jié)對齊
進入異常時，處理器使用壓入堆棧的PSR位[9]來指示堆棧對齊。從異常返回時，這個堆棧位被用來恢復正確的堆棧對齊。
[8]
BFHFNMIGN
使能時，使得以優(yōu)先級位-1或-2運行的處理程序忽略加載和存儲指令引起的數(shù)據(jù)總線故障。它用于硬故障、NMI和FAULTMASK升級處理程序中：
0：加載和存儲指令引起的數(shù)據(jù)總線故障會引起鎖定。
1：以優(yōu)先級-1或-2運行的處理程序忽略加載和存儲指令引起的數(shù)據(jù)總線故障。
僅在處理程序和其數(shù)據(jù)處于絕對安全的存儲器時將該位設為1。一般