HardFault钩子-DPDK中文网

在实时操作系统（RTOS）或嵌入式系统中，HardFault钩子（HardFault Hook）是一种用于捕获和处理硬件错误异常（HardFault）的机制。当系统发生无法恢复的严重错误（如非法内存访问、除零、栈溢出等）时，处理器会触发HardFault异常。通过钩子函数，开发者可以自定义错误处理逻辑，例如记录错误信息、重启系统或调试分析。

1. HardFault钩子的核心作用

错误捕获：在发生HardFault时自动触发钩子函数。
信息记录：保存错误现场的寄存器值、堆栈内容等关键信息。
调试支持：通过串口、日志或调试器输出错误上下文。
系统恢复：尝试安全重启或进入低功耗模式。

2. 常见实现方式

(1) 直接重写HardFault_Handler

在ARM Cortex-M等架构中，默认的HardFault处理函数是弱定义的（weak），用户可以重写它：

void HardFault_Handler(void) {
    // 1. 获取错误现场的寄存器值（如SP, LR, PC等）
    __asm volatile (
        "mrs r0, MSP\n"   // 获取主堆栈指针（MSP）
        "b HardFault_Dump"
    );
}

void HardFault_Dump(uint32_t* sp) {
    // 2. 解析错误原因（通过SCB->HFSR, SCB->CFSR等寄存器）
    uint32_t cfsr = SCB->CFSR;  // Configurable Fault Status Register
    uint32_t hfsr = SCB->HFSR;  // Hard Fault Status Register

    // 3. 记录错误信息（可通过串口发送或保存到Flash）
    printf("HardFault! CFSR=0x%08X, HFSR=0x%08X\n", cfsr, hfsr);

    // 4. 可选：系统复位
    NVIC_SystemReset();
}

(2) RTOS集成的钩子

某些RTOS（如FreeRTOS、RT-Thread）提供内置的HardFault钩子接口：

FreeRTOS：通过vApplicationStackOverflowHook或自定义vApplicationMallocFailedHook间接捕获部分错误。
RT-Thread：使用rt_hw_hard_fault_exception_handler并扩展钩子逻辑。

3. HardFault根本原因分析

在钩子函数中，通常需要结合以下寄存器分析故障原因：

寄存器	作用
`SCB->HFSR`	Hard Fault状态寄存器（如FORCED位表示是否由其他异常升级引发）。
`SCB->CFSR`	可配置故障状态寄存器（细分MemManage/BusUsage/UsageFault）。
`SCB->MMAR`	MemManage错误的地址寄存器。
`SCB->BFAR`	Bus Fault的地址寄存器。
`LR (EXC_RETURN)`	异常返回时的链接寄存器，指示进入异常前的模式（线程/Handler）。

4. Hook函数的注意事项

避免递归崩溃：
- Hook函数本身不应触发新的异常（例如避免动态内存分配或复杂打印）。
- 使用静态缓冲区或直接操作硬件外设（如UART）输出日志。
最小化代码体积：
- HardFault可能发生在任何时间点，需确保钩子代码简短且可靠。
与调试工具结合：
- 配合J-Link、OpenOCD等工具读取更详细的现场数据。

5. RTOS中的增强实践

以RT-Thread为例，扩展HardFault钩子的步骤：

// 自定义处理函数
void my_hardfault_hook(uint32_t* sp) {
    rt_kprintf("PC:0x%08X\n", sp[6]); // PC位置
}

// 注册到系统的默认处理流程中
rt_hw_hard_fault_install(my_hardfault_hook);