Cortex-M bir MCU'da HardFault aldınız. Sorunun nedenini nasıl bulursunuz?

Strateji şudur: Fault anında donanımın stack'e kaydettiği register'ları (özellikle PC ve LR) ve fault status register'larını okuyup hatayı oluşturan talimata ulaşmak. Aşağıdaki bilgiler Cortex-M3/M4/M7 içindir; M0/M0+'da fault status register'ları yoktur.

1. Stack frame'i yakalamak

Exception girişinde donanım R0-R3, R12, LR, PC, xPSR değerlerini aktif stack'e yazar. LR içindeki EXC_RETURN değerinin 2. biti, MSP mi PSP mi kullanıldığını gösterir (RTOS task'larında PSP kullanılır).

__attribute__((naked)) void HardFault_Handler(void)
{
    __asm volatile(
        "tst lr, #4        \n"
        "ite eq            \n"
        "mrseq r0, msp     \n"
        "mrsne r0, psp     \n"
        "b hardfault_c     \n");
}

void hardfault_c(uint32_t *sf)
{
    volatile uint32_t r0  = sf[0];
    volatile uint32_t lr  = sf[5];
    volatile uint32_t pc  = sf[6];   /* hatayı yapan talimat (precise fault ise) */
    volatile uint32_t cfsr = SCB->CFSR;
    volatile uint32_t hfsr = SCB->HFSR;
    volatile uint32_t mmfar = SCB->MMFAR;
    volatile uint32_t bfar  = SCB->BFAR;
    (void)r0; (void)lr; (void)pc; (void)cfsr; (void)hfsr; (void)mmfar; (void)bfar;
    __BKPT(0);
    for (;;) { }
}

arm-none-eabi-addr2line -e firmware.elf -f -C 0x08001A3C

2. Register'ları yorumlamak

• HFSR.FORCED: Asıl hata Bus, Mem veya Usage fault'tur ve bu handler'lar kapalı olduğu için HardFault'a yükseltilmiştir. Ayrıntıya CFSR'de bakılır.
• CFSR (0xE000ED28) = MMFSR + BFSR + UFSR:
• PRECISERR + BFARVALID: Geçersiz adrese erişim; adres BFAR'da (NULL pointer, kapalı saatli çevre birimi).
• IMPRECISERR: Yazma tamponu nedeniyle PC tam doğru değildir. Debug için yazma tamponu kapatılabilir (M3/M4'te ACTLR.DISDEFWBUF).
• UNDEFINSTR / INVSTATE: Bozuk fonksiyon pointer'ı veya Thumb biti sıfır olan bir adrese atlama.
• UNALIGNED, DIVBYZERO: İlgili trap bitleri (CCR) açıksa oluşur.
• STKERR / MSTKERR: Stacking sırasında hata; büyük olasılıkla stack overflow.

3. Sık kök nedenler

• Stack overflow (RTOS task'ında küçük stack, büyük yerel dizi)
• NULL veya serbest bırakılmış pointer, dizi taşması
• Saatini açmadığınız çevre birimine erişim
• Hatalı kesme önceliği yüzünden bozulan RTOS veri yapıları
• Yanlış cast ile hizalanmamış LDRD/LDM erişimi

4. Sahada (debugger yokken)

Fault bilgilerini noinit RAM bölümüne veya Flash'a yazıp reset atın, bir sonraki açılışta raporlayın. Memfault gibi araçlar bu coredump yaklaşımını hazır sunar.