深入探讨单片机异常处理

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在ARM处理器中，如果一个程序产生了错误并且被处理器检测到，这是就会产生错误异常。


错误是怎么发生的呢？


许多可能的原因都会引起错误发生，比如对于存储器相关错误，总线系统的异常响应可以有以下原因：


访问的地址非法；


由于传输的类型非法，总线的从设备不接受此次传输（从设备决定）


由于传输未使能或初始化，总线的从设备无法进行此次传输（例如，如果外设的时钟被关闭，那么访问这个外设时，微控制器就可能会产生错误响应）。


当确定了硬件错误异常的直接原因以后，我们可能还得花费一些时间来确定问题的根源。例如，总线错误可以由很多种情况引发，例如错误的指针操作、栈空间损坏、内存溢出、非法存储器映射以及其他原因。


分析错误


根据错误类型的不同，通常能够直接确定引起硬件错误异常的指令的位置。要实现这个目的，就需要知道进入硬件错误异常时的寄存器的内容，以及异常处理前压入栈中的寄存器的内容。这些值中包含了程序返回地址，通过它也能知道引起错误的指令地址。


如果使用了调试器，那么可在工程中创建硬件错误异常处理，并且在其中添加一个用以暂停处理器的断点指令；或者也可以在硬件错误异常处理的开始部分设置一个断点，这样当硬件错误发生时，处理器就会自动暂停。在处理器由于硬件错误暂停后，我们就可以尝试着按照下面图的流程对错误进行定位。


为了给分析提供更多的信息，也可以生成程序映像的汇编代码，并且利用在栈帧中找到的PC值确定错误的位置。如果错误的地址为存储器访问指令，就应该检查寄存器的值确定存储器访问的地址是否合法。除了检查地址范围，也应该确认存储器的地址是否正确地对齐。


除了压入栈中的PC值（返回地址），栈帧中也包含了其他有助于调试的寄存器值。例如，压入栈的IPSR能够反映处理器是否在进行异常处理，EPSR则代表了处理器状态（EPSR的T位为0，则表示错误由意外切换至ARM状态引起）。


栈中的LR也可能会提供一些信息，例如发生错误的函数的返回地址，错误是否发生在异常处理中，以及EXC_RETURN的值是否被异常破坏等。


另外，当前的寄存器值也可以提供有助于定位错误原因的各种信息，除了当前栈指针的值，当前的链接寄存器的值也可能有帮助。如果LR中为非法的EXC_RETURN的值，这就意味着它在前面异常处理中被错误地修改了。


CONTROL寄存器也可以提供帮助。在没有OS的简单应用程序中，进程栈指针（PSP）不会被用到，并且CONTROL寄存器会一直保持为0。如果CONTROL寄存器被设置为0x2（PSP用于线程状态），这就意味着LR在之前的异常处理中被错误地修改了，或者栈内容被破坏导致了EXC_RETURN的值错误。

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