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STM32进入HardFault_Handler时，如何找到问题所在？_stm32进入hardfaulthandler

网友: 技术文档 2025-09-02 19:12:08

        刚开始初学STM32时，每当程序进入HardFault_Handler时，心中就会犯怵，不知怎么解决，当时网上搜到的一些大佬的帖子，问题也能得到解决，但不知道底层机理是什么，所以对这一块的掌握一直不深，之前跟着导师做项目，大冬天在外面调试设备时，又出现这样的报错，当时阴差阳错发现是FreeRTOS任务栈溢出了，现场问题解决了，后面也暗自下决心，要把这类问题深学一下。在看了Cortex-M3内核手册和STM32芯片手册以及大佬们的帖子后，整理一下，将我这个问题的解决方案做个记录。如有不对，烦请各位大佬指出！

1、前置知识

1.1、为什么会进入HardFault_Handler？

        HardFault_Handler 是 ARM Cortex-M（包括 CM3）内核的一种硬件级保护机制，当代码运行到错误地方，防止非法操作进一步导致系统完全失控。增强系统的鲁棒性。

        常见导致该状况的原因有以下几点：

  1. 内存访问违规（如数组越界）
  2. 指令执行错误
  3. 栈溢出或破坏
  4. 中断处理错误等

1.2、如何定位出错的点？

        在查阅Cortex-M3内核手册时，了解到当系统异常发生时，内核做了什么。

首先了解一下Cortex-M3的内核寄存器组

其中R0~R12叫做通用寄存器，作用就是程序运行时进行数据操作，简单来说我要运行1+2=3，我就把1放进R0，2放进R1，计算后的结果放进R3。

R13叫做堆栈指针寄存器，Cortex-M3拥有两个堆栈指针：MSP和PSP，但在同一个时刻只能有一个在使用。

堆栈指针主要用来存放代码运行时产生的一些临时变量，函数栈帧，中断发生时的上下文数据等

MSP：单片机上电初始化时，执行内核代码所用到的堆栈指针，当中断发生时，也运用这个堆栈指针。如果代码跑的是裸机，那代码全程运用MSP。

PSP：如果你的代码移植了RTOS，那么当运行任务代码时，将使用PSP作为堆栈指针，主要存放用户任务程序代码执行时产生的变量，函数调用栈等数据。

R14叫做链接寄存器，当运行主程序时，调用了一个子程序，R14存放的就是其返回地址。

但当内核进入异常或中断时，LR的用法将会被更新，下面放上手册中的解释：

看一下上图中提到的“EXC_RETURN”值的含义

R15叫做程序计数器，逻辑上理解的是程序执行当前代码的地址，实际中，因为内核的流水线（Pipline）工作模式，导致PC存储的实际是程序代码下一条的地址。

这里还有一个寄存器叫做xPSR，程序状态寄存器（下面会提到），存储程序运行的状态，以及当前执行的中断号等。

1.3、小端模式

        在STM32中，内核采用的是小端模式存储架构，即存储一段数据，低字节存放在低地址，高字节存放在高低址（大端模式与其相反）。

例：数据0x12345678

在内核中的存储如下所示

地址：0x00 0x01 0x02 0x03 数据：0x78 0x56 0x34 0x12

1.4、栈的生长方向

        首先知道，栈在当前主流架构中（如X86、ARM）中，其栈顶元素的地址是高地址，每当有数据存入（入栈），每入栈一个数据其元素地址是比前一个入栈的地址要低的。也就是说，栈是从高低址向低地址生长的。

2、当中断/异常发生时，内核做了什么？

手册中提到：

        简单理解就是，当中断或者异常发生时，内核会将xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、R0这些寄存器按照上述顺序依次存入堆栈，这些寄存器中的值是中断/异常发生前一刻的值，叫作保护现场，当中断服务函数/异常处理函数执行完后，将这些寄存器进行出栈，恢复到进入中断前的下一条代码，继续执行。

        根据上述知识的介绍，PC寄存器存的就是被中断打断的指令的下一条指令地址，所以我们同个定位PC寄存器中地址所指向的代码，就可以精准定位或定位在问题代码附近。

        知道以上知识点，题中的问题就可以得到解决了，下面举两个例子来进行讲解

3、案例

3.1执行裸机代码时，如何定位？

        在主函数中写入以下测试代码

#include \"stm32f10x.h\"  // Device header#include \"OLED.h\"#include \"Serial.h\"#include \"String.h\"int main(){Serial_Init();uint8_t arr[5] = {0x01, 0x02 ,0x03, 0x04, 0x05};for(int i=0;i<100000;i++){arr[i] = 0x06;}printf(\"abc\");while(1){}}

【编译】，【烧录】，进入【调试模式】，点击运行再点击终止运行：

可以发现，这段代码当循环次数大于数组长度时，就会发生数组越界，这就会让内核进入HardFault_Handler：

打开【寄存器窗口】：

可以看到我们刚才提到的这些寄存器：

根据【前置知识】提到，当R14(LR)的值等于0xFFFFFFF9时，代表进入中断处理函数之前，程序执行用的是MSP堆栈指针，所以我们点开Banked目录，查看MSP的值，图中MSP的值是0x200003E8。

在【Memory】的输入框中输入MSP的值，可以看到中断发生后，被压栈的八个寄存器的值，按照小端模式和栈地址生长顺序，可以找出每个值所对应的寄存器：

【补充】这里可以在下图的空白区域，按如下操作，将显示模式选择为【Unsigned Long】

将PC寄存器的值复制，按下图操作（在Disassembly窗口空白朱右击鼠标）：

 在弹出的输入框中输入【0x+PC的值】，这里注意，如果不加0x的话会被认为无效地址，不会进行程序跳转。

 然后就可以定位到出错的的点了：

3.2搭载RTOS时，如何定位？

        方法都一样，只不过在选择堆栈指针时查看PSP就好了：

我创建了一个任务，里面执行如下代码：

void myTask_Arr(void *arg){uint8_t arr[8] = {0x00,0x01,0x02,0x03,0x04};while(1){for(int i=0;i<100000;i++){arr[i] = 0x06;}vTaskDelay(50);}}

 显然，这也会造成数组越界。按照上述流程，一样编译，烧录，进调试。

直接观察寄存器的值

 此时R14(LR)的值是0xFFFFFFFD时，代表进入中断处理函数之前，程序执行用的是PSP堆栈指针，所以我们点开Banked目录，查看PSP的值，图中PSP的值是0x20001038。

在【Memory】的输入框中输入MSP的值，可以看到中断发生后，被压栈的八个寄存器的值，按照小端模式和栈地址生长顺序，可以找出每个值所对应的寄存器：

将PC寄存器的值复制，按下图操作（在Disassembly窗口空白朱右击鼠标）：

 在弹出的输入框中输入【0x+PC的值】，这里注意，如果不加0x的话会被认为无效地址，不会进行程序跳转。

 然后就可以定位到出错的的点了：

4、补充

        在一开始调试，发现当循环次（如循环100次）比较小的时候，并不会发生进入HardFault_Handler, 后续看了一些大佬的讲解，数组越界进入HardFault_Handler根本是堆栈溢出，威胁到了内核代码的正确执行，所以才会触发这个保护机制。举个例子，程序在跑的时候，函数堆栈用来存放代码执行所需的临时变量，返回地址，即函数运行现场。可能当循环次数较小时，并不会威胁到内核，一旦越界访问次数变多，一次又一次的越界，内存溢出威胁到了内核，对函数运行现场进行破坏，进而触发保护机制。

        如上图所示，如果循环次数较小的话，数组越界访问所造成的内存溢出可能影响不到内核运行现场，一旦循环次数加大，内存过度溢出，损坏了内核运行现场，将会触发保护机制。

5、结语

        上述内容，是我日常学习与工作遇到的问题，查阅了相关资料以及视频讲解，加上自己理解所写，用作学习记录，在这和大家分享，如有不对，烦请指出，大家一起学习交流，进步！

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