【Cortex-M】异常中断时的程序运行指针SP获取，及SCB寄存器错误类型获取

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文章目录

异常中断
异常的程序运行指针SP获取
SCB寄存器错误类型获取
- 硬件错误异常 Hard fault status register (SCB->HFSR)
- 存储器管理错误异常 SCB->CFSR中MMFSR位
- 总线错误异常 SCB->CFSR中BFSR位
- 使用错误异常 SCB->CFSR中UFSR位
附录：压缩字符串、大小端格式转换
- 压缩字符串
- - 浮点数
  - 压缩Packed-ASCII字符串
- 大小端转换
- - 什么是大端和小端
  - 数据传输中的大小端
  - 总结
  - 大小端转换函数

异常中断

当MCU因堆栈溢出等造成异常会会进入异常中断
可以在startup.s中查看
在这里插入图片描述
通常引起的时HardFault中断（包括内存溢出、非法赋值、寄存器操作错误、堆栈溢出等）
譬如手动引起异常：

*(uint32_t *)0x45678912=1;

异常的程序运行指针SP获取

打个断点在异常代码处可以看到地址为0x08003792
在这里插入图片描述
在HardFault_Handler中也打个断点就能在运行到其中时停止

此时 LR寄存器为特殊标记值
0xFFFFFFE9对应的是要看MSP寄存器
0xFFFFFFFD对应的是要看PSP寄存器
具体根据芯片手册而定（cortex-M权威指南）
不过也有个更方便的方式是直接读取SP指针
通过汇编即可实现

__asm uint32_t MZ_CM_ReadReg13(void){MOV     R0, spbx lr
}

那么就可以通过此方式获取到0x200101B0
通过内存查看该地址：
在这里插入图片描述
第5和6个uint32值即为上一次异常程序地址和如果正常运行的话下一个程序地址
注意为小端格式所以解析出来就是0x08003793和0x0800379A

但程序地址的最后一位是标志位用于区分是否为thumb指令或ARM指令（cortex权威指南）

由于历史原因，最初的16位单片机用的指令是Thumb指令，为16位指令。后来，ARM推出了32位的ARM指令。16位的指令更适合空间有限的嵌入式处理器，而32位的指令则更加灵活、功能丰富。因此，有些单片机在运行时可以根据需求切换指令状态。如下图：
在这里插入图片描述

后来诞生了Thumb-2指令集，它实现了16位指令和32位指令的共存。而Cortex-M3架构则就是采用Thumb-2指令集。由于16位指令长度是2字节，32位指令长度是4字节，因此其PC指针地址是按照2字节（16位）对齐的。换言之其最低位一定是0。

另外需要注意的是如果在代码层面进行获取不能包装子函数（子函数会导致LR和SP被重写）所以直接用一个宏替代即可

#define MZ_CM_SP_UpdateStat() MZ_CM_SP_Stat.sp = MZ_CM_ReadReg13();MZ_CM_SP_Stat.spAddr = (uint32_t *)MZ_CM_SP_Stat.sp;MZ_CM_SP_Stat.lastFlashAddr = MZ_CM_SP_Stat.spAddr[5];MZ_CM_SP_Stat.nextFlashAddr = MZ_CM_SP_Stat.spAddr[6];

调用后如下：
在这里插入图片描述
后一个地址正是如果正常运行的下一个程序语句地址

SCB寄存器错误类型获取

关键寄存器：

SCB->CFSR（可配置故障状态寄存器）：判断故障类型（如内存访问错误、未对齐访问、指令执行错误）。

SCB->HFSR（硬件故障状态寄存器）：确认是否为HardFault的直接触发原因。

SCB->MMFAR/SCB->BFAR：记录导致内存管理或总线故障的具体地址。

直接通过memcpy获取即可

硬件错误异常 Hard fault status register (SCB->HFSR)

在这里插入图片描述

存储器管理错误异常 SCB->CFSR中MMFSR位

在这里插入图片描述

总线错误异常 SCB->CFSR中BFSR位

在这里插入图片描述

使用错误异常 SCB->CFSR中UFSR位

在这里插入图片描述

附录：压缩字符串、大小端格式转换

压缩字符串

首先HART数据格式如下：
在这里插入图片描述

重点就是浮点数和字符串类型
Latin-1就不说了基本用不到

浮点数

浮点数里面如 0x40 80 00 00表示4.0f

在HART协议里面浮点数是按大端格式发送的就是高位先发送低位后发送

发送出来的数组为：40,80,00,00

但在C语言对浮点数的存储中是按小端格式来存储的也就是40在高位 00在低位
浮点数：4.0f
地址0x1000对应00
地址0x1001对应00
地址0x1002对应80
地址0x1003对应40

若直接使用memcpy函数则需要进行大小端转换否则会存储为：
地址0x1000对应40
地址0x1001对应80
地址0x1002对应00
地址0x1003对应00

大小端转换：

void swap32(void * p)
{uint32_t *ptr=p;uint32_t x = *ptr;x = (x << 16) | (x >> 16);x = ((x & 0x00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF);*ptr=x;
}

压缩Packed-ASCII字符串

本质上是将原本的ASCII的最高2位去掉然后拼接起来比如空格(0x20)
四个空格拼接后就成了
1000 0010 0000 1000 0010 0000
十六进制：82 08 20
对了一下表 0x20之前的识别不了
也就是只能识别0x20-0x5F的ASCII表
在这里插入图片描述

压缩/解压函数后面再写：

//传入的字符串和数字必须提前声明 且字符串大小至少为str_len 数组大小至少为str_len%4*3 str_len必须为4的倍数
uint8_t Trans_ASCII_to_Pack(uint8_t * str,uint8_t * buf,const uint8_t str_len)
{if(str_len%4){return 0;}uint8_t i=0;memset(buf,0,str_len/4*3);	  for(i=0;i<str_len;i++){if(str[i]==0x00){str[i]=0x20;}}for(i=0;i<str_len/4;i++){buf[3*i]=(str[4*i]<<2)|((str[4*i+1]>>4)&0x03);buf[3*i+1]=(str[4*i+1]<<4)|((str[4*i+2]>>2)&0x0F);buf[3*i+2]=(str[4*i+2]<<6)|(str[4*i+3]&0x3F);}return 1;
}//传入的字符串和数字必须提前声明 且字符串大小至少为str_len 数组大小至少为str_len%4*3 str_len必须为4的倍数
uint8_t Trans_Pack_to_ASCII(uint8_t * str,uint8_t * buf,const uint8_t str_len)
{if(str_len%4){return 0;}uint8_t i=0;memset(str,0,str_len);for(i=0;i<str_len/4;i++){str[4*i]=(buf[3*i]>>2)&0x3F;str[4*i+1]=((buf[3*i]<<4)&0x30)|(buf[3*i+1]>>4);str[4*i+2]=((buf[3*i+1]<<2)&0x3C)|(buf[3*i+2]>>6);str[4*i+3]=buf[3*i+2]&0x3F;}return 1;
}

大小端转换

在串口等数据解析中难免遇到大小端格式问题

什么是大端和小端

所谓的大端模式，就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

所谓的小端模式，就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

简单来说：大端——高尾端，小端——低尾端

举个例子，比如数字 0x12 34 56 78在内存中的表示形式为：

1)大端模式：

低地址 -----------------> 高地址

0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

2)小端模式：

低地址 ------------------> 高地址

0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12

可见，大端模式和字符串的存储模式类似。

数据传输中的大小端

比如地址位、起止位一般都是大端格式
如：
起始位：0x520A
则发送的buf应为{0x52,0x0A}

而数据位一般是小端格式（单字节无大小端之分）
如：
一个16位的数据发送出来为{0x52,0x0A}
则对应的uint16_t类型数为： 0x0A52

而对于浮点数4.0f 转为32位应是：
40 80 00 00

以大端存储来说发送出来的buf就是依次发送 40 80 00 00

以小端存储来说则发送 00 00 80 40

由于memcpy等函数是按字节地址进行复制其复制的格式为小端格式所以当数据为小端存储时不用进行大小端转换
如：

uint32_t dat=0;
uint8_t buf[]={0x00,0x00,0x80,0x40};memcpy(&dat,buf,4);float f=0.0f;f=*((float*)&dat); //地址强转printf("%f",f);

或更优解：

   uint8_t buf[]={0x00,0x00,0x80,0x40};   float f=0.0f;memcpy(&f,buf,4);

而对于大端存储的数据（如HART协议数据全为大端格式）其复制的格式仍然为小端格式所以当数据为小端存储时要进行大小端转换
如：

uint32_t dat=0;
uint8_t buf[]={0x40,0x80,0x00,0x00};memcpy(&dat,buf,4);float f=0.0f;swap32(&dat); //大小端转换f=*((float*)&dat); //地址强转printf("%f",f);

或：

uint8_t buf[]={0x40,0x80,0x00,0x00};memcpy(&dat,buf,4);float f=0.0f;swap32(&f); //大小端转换printf("%f",f);

或更优解：

uint32_t dat=0;
uint8_t buf[]={0x40,0x80,0x00,0x00};float f=0.0f;dat=(buf[0]<<24)|(buf[0]<<16)|(buf[0]<<8)|(buf[0]<<0)f=*((float*)&dat);

总结

固若数据为小端格式则可以直接用memcpy函数进行转换否则通过移位的方式再进行地址强转

对于多位数据比如同时传两个浮点数则可以定义结构体之后进行memcpy复制（数据为小端格式）

对于小端数据直接用memcpy写入即可若是浮点数也不用再进行强转

对于大端数据如果不嫌麻烦或想使代码更加简洁（但执行效率会降低）也可以先用memcpy写入结构体之后再调用大小端转换函数但这里需要注意的是结构体必须全为无符号整型浮点型只能在大小端转换写入之后再次强转若结构体内采用浮点型则需要强转两次

所以对于大端数据推荐通过移位的方式来进行赋值然后再进行个别数的强转再往通用结构体进行写入

多个不同变量大小的结构体要主要字节对齐的问题
可以用#pragma pack(1) 使其对齐为1
但会影响效率

大小端转换函数

直接通过对地址的操作来实现传入的变量为32位的变量
中间变量ptr是传入变量的地址

void swap16(void * p)
{uint16_t *ptr=p;uint16_t x = *ptr;x = (x << 8) | (x >> 8);*ptr=x;
}void swap32(void * p)
{uint32_t *ptr=p;uint32_t x = *ptr;x = (x << 16) | (x >> 16);x = ((x & 0x00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF);*ptr=x;
}void swap64(void * p)
{uint64_t *ptr=p;uint64_t x = *ptr;x = (x << 32) | (x >> 32);x = ((x & 0x0000FFFF0000FFFF) << 16) | ((x >> 16) & 0x0000FFFF0000FFFF);x = ((x & 0x00FF00FF00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF00FF00FF);*ptr=x;
}