Ozone是用于J-link和J-Trace的多平臺(tái)調(diào)試，分析工具。獨(dú)立的圖形化界面，可加載IAR，Keil，Gcc,Clang/LLVM等工具鏈生成的Elf/Dwarf可執(zhí)行文件，進(jìn)行C/C++源代碼調(diào)試和匯編指令調(diào)試。可直接使用J-Link和J-Trace內(nèi)置功能，如無(wú)限flash斷點(diǎn)，flash下載，指令跟蹤等。在Cortex-M架構(gòu)上，Ozone可以幫助用戶快速發(fā)現(xiàn)和分析導(dǎo)致CPU故障的軟件錯(cuò)誤。本文將介紹如何使用Ozone的調(diào)試功能，深入了解這些類型的錯(cuò)誤。

分析故障工作流程

我們首先在一個(gè)示例的基礎(chǔ)上演示Ozone 的分析故障工作流程。示例應(yīng)用程序可以生成不同類型的 Cortex-M 故障，示例可以在此處(https://wiki.segger.com/File:CortexM_FaultTest.zip)下載。在下圖中，示例應(yīng)用程序已下載到SEGGER Cortex-M Trace開(kāi)發(fā)板板。使用的仿真器是 J-Trace PRO V2。程序已運(yùn)行至_NoThumbFunc()中，當(dāng)前PC位于跳轉(zhuǎn)地址0的分支上。由于地址 0 處為一條 Thumb 指令，因此恢復(fù)程序執(zhí)行將導(dǎo)致 Cortex-M CPU 故障。我們繼續(xù)執(zhí)行程序，看看 Ozone 如何處理故障。

一、目標(biāo)異常窗口

菜單欄點(diǎn)擊 GO 后，程序執(zhí)行立即中斷，并彈出 Ozone 的目標(biāo)異常對(duì)話框：

目標(biāo)異常窗口顯示 CPU 故障描述及其系統(tǒng)寄存器的內(nèi)容。在此示例中，SHCSR 寄存器 USGFAULTACT 指示發(fā)生了Cortex-M UsageFault 異常。UFSR寄存器提供已發(fā)生的UsageFault 異常; INVSTATE被置位，表示在無(wú)效的 CPU 狀態(tài)下執(zhí)行指令。USGFAULTENA 表示已啟用 UsageFault 處理程序，如果沒(méi)有使能改位，異常將升級(jí)為HardFault。異常寄存器上下文的解釋特定于體系結(jié)構(gòu)。因此，Ozone在異常描述中盡可能多的顯示處理過(guò)的信息。當(dāng)程序執(zhí)行暫停且目標(biāo)處于異常狀態(tài)時(shí)，都會(huì)顯示目標(biāo)異常窗口。

二、向量捕獲

開(kāi)始調(diào)試時(shí)，Ozone 會(huì)啟用 Cortex-M 故障向量捕獲。這會(huì)導(dǎo)致程序執(zhí)行在進(jìn)入故障處理程序時(shí)立即中止。Ozone 將顯示目標(biāo)異常窗口。如上圖所示，可以使用 Ozone 的 Break & Tracepoints 窗口設(shè)置或清除單個(gè)向量捕獲。Ozone還提供命令Break.SetVectorCatch以編程方式編輯目標(biāo)的矢量捕獲狀態(tài)。例如，此命令可用于在調(diào)試啟動(dòng)時(shí)修改 Ozone 的默認(rèn)向量捕獲初始化行為。該命令在項(xiàng)目腳本函數(shù)OnProjectLoad中使用。

三、調(diào)試窗口

現(xiàn)在我們使用Ozone的調(diào)試窗口來(lái)進(jìn)一步了解故障。

Call Stack窗口顯示目標(biāo)處于UsageFault異常狀態(tài)。該窗口顯示故障源自函數(shù)_NoThumbFunc。我們?cè)贑all Stack窗口中選擇_NoThumbFunc。在Call Stack窗口中選擇調(diào)用幀時(shí)，Ozone 的調(diào)用幀感知調(diào)試窗口會(huì)將輸出切換到所選幀的執(zhí)行上下文(請(qǐng)參閱上圖)。Local Data窗口指示在函數(shù)_NoThumbFunc中執(zhí)行了地址 0 分支。這導(dǎo)致 CPU 在 ARM 狀態(tài)下執(zhí)行 Thumb 指令。查看Ozone的寄存器窗口，寄存器UFSR確認(rèn)CPU已發(fā)出INVSTATE UsageFault。

使用跟蹤功能分析故障

在不確定的故障情況下，Cortex-M 內(nèi)核無(wú)法提供故障指令的準(zhǔn)確 PC，可以使用 Ozone 的跟蹤窗口來(lái)快速識(shí)別故障指令。

如上例所示，使用 Ozone 的 Backtrace Highlighting 功能可以輕松地將不精確的 BusFault 異常追溯到錯(cuò)誤的存儲(chǔ)指令。

總結(jié)

Cortex-M處理器異常包含:

(1)HardFault異常，是缺省異常，固定優(yōu)先級(jí)為-1，優(yōu)先級(jí)比除NMI之外的所有中斷和異常更高。

(2)MemManage異常，可通過(guò)使用內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)引起內(nèi)存訪問(wèn)沖突異常。

(3)BusFault異常，在任一內(nèi)存訪問(wèn)錯(cuò)誤時(shí)觸發(fā)，例如通過(guò)非法讀/寫(xiě)，向量捕獲。

(4)UsageFault異常，在執(zhí)行錯(cuò)誤時(shí)觸發(fā)。UsageFault異常在向量表第6位，IRQ為-11，具有可配置優(yōu)先級(jí)。如果未啟用UsageFault,則會(huì)改為觸發(fā)HardFault。

在任一異常中，都會(huì)從向量表中調(diào)用異常處理程序，類似于中斷處理過(guò)程。Ozone檢測(cè)到目標(biāo)系統(tǒng)崩潰時(shí)，會(huì)自動(dòng)分析目標(biāo)狀態(tài)并提供所必要的信息。異常窗口指示崩潰的原因，位置以及NVIC寄存器;Call Stack窗口可以從異常中展開(kāi)，以便導(dǎo)航到錯(cuò)誤位置,即使跨過(guò)多個(gè)異常( The Call Stack Window can also unwind from an exception to enable easy navigation to the location of error, even across multiple exceptions.)。

審核編輯：湯梓紅