1# 异常调测 2 3 4## 基本概念 5 6OpenHarmony LiteOS-M提供异常接管调测手段，帮助开发者定位分析问题。异常接管是操作系统对运行期间发生的异常情况进行处理的一系列动作，例如打印异常发生时异常类型、发生异常时的系统状态、当前函数的调用栈信息、CPU现场信息、任务调用堆栈等信息。 7 8 9## 运行机制 10 11栈帧用于保存函数调用过程中的函数参数、变量、返回值等信息。调用函数时，会创建子函数的栈帧，同时将函数入参、局部变量、寄存器入栈。栈帧从高地址向低地址生长。以ARM32 CPU架构为例，每个栈帧中都会保存PC、LR、SP和FP寄存器的历史值。LR链接寄存器（Link Register）指向函数的返回地址，FP帧指针寄存器（Frame Point）指向当前函数的父函数的栈帧起始地址。利用FP寄存器可以得到父函数的栈帧，从栈帧中获取父函数的FP，就可以得到祖父函数的栈帧，以此类推，可以追溯程序调用栈，得到函数间的调用关系。 12 13当系统发生异常时，系统打印异常函数的栈帧中保存的寄存器内容，以及父函数、祖父函数的栈帧中的LR链接寄存器、FP帧指针寄存器内容，用户就可以据此追溯函数间的调用关系，定位异常原因。 14 15堆栈分析原理如下图所示，实际堆栈信息根据不同CPU架构有所差异，此处仅做示意。 16 17 **图1** 堆栈分析原理示意图 18 19  20 21图中不同颜色的寄存器表示不同的函数。可以看到函数调用过程中，寄存器的保存。通过FP寄存器，栈回溯到异常函数的父函数，继续按照规律对栈进行解析，推出函数调用关系，方便用户定位问题。 22 23 24## 接口说明 25 26OpenHarmony LiteOS-M内核的回溯栈模块提供下面几种功能，接口详细信息可以查看API参考。 27 28 **表1** 回溯栈模块接口 29 30| 功能分类 | 接口名 | 31| -------- | -------- | 32| 回溯栈接口 | LOS_BackTrace：打印调用处的函数调用栈关系。<br/>LOS_RecordLR：在无法打印的场景，用该接口获取调用处的函数调用栈关系。 | 33 34 35## 使用指导 36 37 38### 开发流程 39 40开启异常调测的典型流程如下： 41 421. 配置异常接管相关宏。 43 需要在target_config.h头文件中修改配置： 44 | 配置项 | 含义 | 设置值 | 45 | -------- | -------- | -------- | 46 | LOSCFG_BACKTRACE_DEPTH | 函数调用栈深度，默认15层 | 15 | 47 | LOSCFG_BACKTRACE_TYPE | 回溯栈类型:<br/>0：表示关闭该功能；<br/>1：表示支持Cortex-m系列硬件的函数调用栈解析；<br/>2：表示用于Risc-v系列硬件的函数调用栈解析； | 根据工具链类型设置1或2 | 48 491. 使用示例中有问题的代码，编译、运行工程，在串口终端中查看异常信息输出。示例代码模拟异常代码，实际产品开发时使用异常调测机制定位异常问题。 50 本示例演示异常输出，包含1个任务，该任务入口函数模拟若干函数调用，最终调用一个模拟异常的函数。代码实现如下： 51 52 本演示代码在 ./kernel/liteos_m/testsuites/src/osTest.c 中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数ExampleExcEntry。 53 54 ``` 55 #include <stdio.h> 56 #include "los_config.h" 57 #include "los_interrupt.h" 58 #include "los_task.h" 59 60 UINT32 g_taskExcId; 61 #define TSK_PRIOR 4 62 63 /* 模拟异常函数 */ 64 UINT32 GetResultException0(UINT16 dividend){ 65 UINT32 result = *(UINT32 *)(0xffffffff); 66 printf("Enter GetResultException0. %u\r\n", result); 67 return result; 68 } 69 70 UINT32 GetResultException1(UINT16 dividend){ 71 printf("Enter GetResultException1.\r\n"); 72 return GetResultException0(dividend); 73 } 74 75 UINT32 GetResultException2(UINT16 dividend){ 76 printf("Enter GetResultException2.\r\n"); 77 return GetResultException1(dividend); 78 } 79 80 UINT32 ExampleExc(VOID) 81 { 82 UINT32 ret; 83 84 printf("Enter Example_Exc Handler.\r\n"); 85 86 /* 模拟函数调用 */ 87 ret = GetResultException2(TSK_PRIOR); 88 printf("Divided result =%u.\r\n", ret); 89 90 printf("Exit Example_Exc Handler.\r\n"); 91 return ret; 92 } 93 94 95 /* 任务测试入口函数，创建一个会发生异常的任务 */ 96 UINT32 ExampleExcEntry(VOID) 97 { 98 UINT32 ret; 99 TSK_INIT_PARAM_S initParam = { 0 }; 100 101 /* 锁任务调度，防止新创建的任务比本任务高而发生调度 */ 102 LOS_TaskLock(); 103 104 printf("LOS_TaskLock() Success!\r\n"); 105 106 initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)ExampleExc; 107 initParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR; 108 initParam.pcName = "Example_Exc"; 109 initParam.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; 110 /* 创建高优先级任务，由于锁任务调度，任务创建成功后不会马上执行 */ 111 ret = LOS_TaskCreate(&g_taskExcId, &initParam); 112 if (ret != LOS_OK) { 113 LOS_TaskUnlock(); 114 115 printf("Example_Exc create Failed!\r\n"); 116 return LOS_NOK; 117 } 118 119 printf("Example_Exc create Success!\r\n"); 120 121 /* 解锁任务调度，此时会发生任务调度，执行就绪队列中最高优先级任务 */ 122 LOS_TaskUnlock(); 123 124 return LOS_OK; 125 } 126 ``` 127 128 述代码串口终端输出异常信息如下： 129 130 ``` 131 LOS_TaskLock() Success! 132 Example_Exc create Success! 133 Enter Example_Exc Handler. 134 Enter GetResultException2. 135 Enter GetResultException1. 136 *************Exception Information************** 137 Type = 4 138 ThrdPid = 5 139 Phase = exc in task 140 FaultAddr = 0xfffffffc 141 Current task info: 142 Task name = Example_Exc 143 Task ID = 5 144 Task SP = 0x210549bc 145 Task ST = 0x21053a00 146 Task SS = 0x1000 147 Exception reg dump: 148 PC = 0x2101c61a 149 LR = 0x2101c64d 150 SP = 0x210549a8 151 R0 = 0x4 152 R1 = 0xa 153 R2 = 0x0 154 R3 = 0xffffffff 155 R4 = 0x2103fb20 156 R5 = 0x5050505 157 R6 = 0x6060606 158 R7 = 0x210549a8 159 R8 = 0x8080808 160 R9 = 0x9090909 161 R10 = 0x10101010 162 R11 = 0x11111111 163 R12 = 0x0 164 PriMask = 0x0 165 xPSR = 0x41000000 166 ----- backtrace start ----- 167 backtrace 0 -- lr = 0x2101c64c 168 backtrace 1 -- lr = 0x2101c674 169 backtrace 2 -- lr = 0x2101c696 170 backtrace 3 -- lr = 0x2101b1ec 171 ----- backtrace end ----- 172 173 TID Priority Status StackSize WaterLine StackPoint TopOfStack EventMask SemID CPUUSE CPUUSE10s CPUUSE1s TaskEntry name 174 --- -------- -------- --------- --------- ---------- ---------- --------- ------ ------- --------- -------- ---------- ---- 175 0 0 Pend 0x1000 0xdc 0x2104730c 0x210463e8 0 0xffff 0.0 0.0 0.0 0x2101a199 Swt_Task 176 1 31 Ready 0x500 0x44 0x210478e4 0x21047428 0 0xffff 0.0 0.0 0.0 0x2101a9c9 IdleCore000 177 2 5 PendTime 0x6000 0xd4 0x2104e8f4 0x210489c8 0 0xffff 5.7 5.7 0.0 0x21016149 tcpip_thread 178 3 3 Pend 0x1000 0x488 0x2104f90c 0x2104e9e8 0x1 0xffff 8.6 8.6 0.0 0x21016db5 ShellTaskEntry 179 4 25 Ready 0x4000 0x460 0x21053964 0x2104f9f0 0 0xffff 9.0 8.9 0.0 0x2101c765 IT_TST_INI 180 5 4 Running 0x1000 0x458 0x210549bc 0x21053a00 0 0xffff 76.5 76.6 0.0 0x2101c685 Example_Exc 181 182 OS exception NVIC dump: 183 interrupt enable register, base address: 0xe000e100, size: 0x20 184 0x2001 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 185 interrupt pending register, base address: 0xe000e200, size: 0x20 186 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 187 interrupt active register, base address: 0xe000e300, size: 0x20 188 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 189 interrupt priority register, base address: 0xe000e400, size: 0xf0 190 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 191 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 192 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 193 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 194 interrupt exception register, base address: 0xe000ed18, size: 0xc 195 0x0 0x0 0xf0f00000 196 interrupt shcsr register, base address: 0xe000ed24, size: 0x4 197 0x70002 198 interrupt control register, base address: 0xe000ed04, size: 0x4 199 0x1000e805 200 201 memory pools check: 202 system heap memcheck over, all passed! 203 memory pool check end! 204 205 根据实际运行环境，上文中的数据会有差异，非固定结果 206 ``` 207 208 209### 定位流程 210 211异常接管一般的定位步骤如下： 212 2130. 确认编译时关掉优化选项，否则下述的描述内容可能被优化掉。 214 2151. 打开编译后生成的镜像反汇编（asm）文件。如果默认没有生成，可以使用objdump工具生成，命令为： 216 217 ``` 218 arm-none-eabi-objdump -S -l XXX.elf 219 ``` 220 2211. 搜索PC指针（指向当前正在执行的指令）在asm中的位置，找到发生异常的函数。 222 PC地址指向发生异常时程序正在执行的指令。在当前执行的二进制文件对应的asm文件中，查找PC值0x2101c61a，找到当前CPU正在执行的指令行，反汇编如下所示： 223 224 225 ``` 226 2101c60c <GetResultException0>: 227 2101c60c: b580 push {r7, lr} 228 2101c60e: b084 sub sp, #16 229 2101c610: af00 add r7, sp, #0 230 2101c612: 4603 mov r3, r0 231 2101c614: 80fb strh r3, [r7, #6] 232 2101c616: f04f 33ff mov.w r3, #4294967295 ; 0xffffffff 233 2101c61a: 681b ldr r3, [r3, #0] 234 2101c61c: 60fb str r3, [r7, #12] 235 2101c61e: 68f9 ldr r1, [r7, #12] 236 2101c620: 4803 ldr r0, [pc, #12] ; (2101c630 <GetResultException0+0x24>) 237 2101c622: f001 f92b bl 2101d87c <printf> 238 2101c626: 68fb ldr r3, [r7, #12] 239 2101c628: 4618 mov r0, r3 240 2101c62a: 3710 adds r7, #16 241 2101c62c: 46bd mov sp, r7 242 2101c62e: bd80 pop {r7, pc} 243 2101c630: 21025f90 .word 0x21025f90 244 ``` 245 2461. 可以看到: 247 1. 异常时CPU正在执行的指令是ldr r3, [r3, #0]，其中r3取值为0xffffffff，导致发生非法地址异常。 248 2. 异常发生在函数GetResultException0中。 249 2502. 根据LR值查找异常函数的父函数。 251 包含LR值0x2101c64d的反汇编如下所示： 252 253 254 ``` 255 2101c634 <GetResultException1>: 256 2101c634: b580 push {r7, lr} 257 2101c636: b082 sub sp, #8 258 2101c638: af00 add r7, sp, #0 259 2101c63a: 4603 mov r3, r0 260 2101c63c: 80fb strh r3, [r7, #6] 261 2101c63e: 4806 ldr r0, [pc, #24] ; (2101c658 <GetResultException1+0x24>) 262 2101c640: f001 f91c bl 2101d87c <printf> 263 2101c644: 88fb ldrh r3, [r7, #6] 264 2101c646: 4618 mov r0, r3 265 2101c648: f7ff ffe0 bl 2101c60c <GetResultException0> 266 2101c64c: 4603 mov r3, r0 267 2101c64e: 4618 mov r0, r3 268 2101c650: 3708 adds r7, #8 269 2101c652: 46bd mov sp, r7 270 2101c654: bd80 pop {r7, pc} 271 2101c656: bf00 nop 272 2101c658: 21025fb0 .word 0x21025fb0 273 ``` 274 2751. LR值2101c648上一行是bl 2101c60c <GetResultException0>，此处调用了异常函数，调用异常函数的父函数为GetResultException1。 276 2772. 重复步骤3，解析异常信息中backtrace start至backtrace end之间的LR值，得到调用产生异常的函数调用栈关系，找到异常原因。 278
