cortex-M除0异常中断

简介

众所周知，除数为0是不合法的运算，在一般情况下编译器、单片机中，对除0的运算结果为0。在某些情况下为了方便debug，Cortex-M系列单片机支持除0异常中断。如何使用，请参考《M4 Devices Generic User Guide.pdf》。

下面以Cortex-M4作为硬件平台，IAR作为编译工具。简单介绍如何使用除0中断异常。

1. Cortex-M Fault异常

每个符合CMSIS规范的编译器所提供的启动文件（Startup_device）都会定义好设备所有的异常和中断向量。这些向量表定义了异常或中断处理程序的入口地址。参考《M4 Devices Generic User Guide.pdf》中的p34~37。

其中HardFault异常处理程序在非硬Fault异常（BusFault、MemMange和UsageFault）被禁能，并且这些Fault异常被触发时，非硬Fault异常将上访为HardFault。

除0异常将触发UsageFault，如UsageFault未使能，将触发HardFault。

 

2. 打开除0异常中断，SCB->CCR 寄存器

除0异常捕捉需要通过使能CCR寄存器bit4(div_0_trp)打开，参考《M4 Devices Generic User Guide.pdf》p236。

 

DIV_0_TRP：

默认的情况下，div_0_trp=0，除0不会产生异常，商总是为0；当div_0_trp=1，将触发除0中断。

 

3．打开UsageFault中断，SCB->SHCSR寄存器

除0异常将触发UsageFault，默认情况下，UsageFault是被禁能，需要通过使能SHCSR寄存器bit18打开，参考《M4 Devices Generic User Guide.pdf》p239。

 

4. 中断前使用MSP还是PSP?

在中断中判断LR(即EXC_RETURN)bit2，可以推断使用的是MSP还是PSP，确定使用的栈后，通过栈找死机发生时的PC指针及LR。

 

5. 确定异常中断时的PC指针

       获得了栈指针后（SP），sp+6即为PC指针，通过PC指针可以定位除0发生的为止，参考《M4 Devices Generic User Guide.pdf》p40

 

6. 参考代码

#include "am_mcu_apollo.h"

void div0_test(void)
{
    volatile uint32_t i =0, k;
   
    am_util_stdio_printf("\r\nexample start %s\r\n", __func__);  

    //未开启除0异常中断，除0的结果为0
    k = 6/i;

    am_util_stdio_printf("before div 0 trp 6/0=%d\r\n", k);

    //使能除0异常上报
    SCB->CCR |= 0x10;

    //使能UsageFault_Handler
    SCB->SHCSR |= (1<<18);

    //打开总中断，因为UsageFault可以被关闭
    __enable_irq();

    //除0，将进入UsageFault_Handler
    am_util_stdio_printf("after div 0 trp 6/0=%d\r\n");
    k = 6/i;
}

void call_UsageFault(uint32_t u32IsrSP)
{
    uint16_t ufsr;
    uint32_t *p;
    volatile uint32_t k;

    am_util_stdio_printf("\r\nenter %s\r\n", __func__);

    ufsr = (SCB->CFSR>>16);
    if (ufsr & (1<<9))
    {
        //除0错误
        am_util_stdio_printf("div 0 error\r\n");
    }
    p = (uint32_t *)u32IsrSP; 

    am_util_stdio_printf("LR=0x%x\r\n", p[5]);
    am_util_stdio_printf("PC=0x%x\r\n", p[6]);
    am_util_stdio_printf("example end\r\n");

    while(1);
}


void UsageFault_Handler(void)
{
    __asm("     push    {r0,lr}");
    __asm("     tst     lr, #4"); //lr = exc_return; bit2--0:msp  1：psp
    __asm(
          "ITET EQ \n"
          "MRSEQ   R0, MSP \n"
          "MRSNE   R0, PSP \n"
          "ADDSEQ  R0, R0, #8 \n"
            ); 
    __asm("     bl      call_UsageFault");
    __asm("     pop     {r0,pc}");
}

int main(void)
{
    div0_test();
}

7. 运行结果

打印结果

 

通过打印结果的PC指针，在模拟仿真界面，打开汇编窗口，输入0x84112，查找触发异常中断位置。从图片可以看出，改异常触发在div0_test（），对应的指令为 UDIV R0, R0, R1。可以推断出div0_test最后一行k = 6/i; 触发了除0中断。