log2 在 C 中导致 STM32F4 MCU 出现故障答案

【问题标题】：log2 causes a fault in STM32F4 MCU in Clog2 在 C 中导致 STM32F4 MCU 出现故障
【发布时间】：2020-01-28 05:55:54
【问题描述】：

为什么这段代码会导致硬故障并跳入无限循环？

#include <stdint.h>
#include <math.h>

void myfunc()
{  
    const double val = 1;
    double log_res = log2(val); // <----- THIS CAUSES A FAULT
    //double log_res = log2(1); // This works
}

当我将 evil 行中的 val 替换为硬编码的 1 时，代码有效。所以只有当我将val 传递给log2 时才会出现问题（如代码所示）。为什么会这样？

我正在使用带有 STM32F429ZI MCU 的 STM32CubeIDE（基于 eclipse）。

更新：

在反汇编窗口中检查异常表明这是发生了异常：

fffffff9: 执行 MI 命令失败： -数据反汇编 -s 4294967289 -e 4294967429 -- 3 来自调试器后端的错误消息：无法访问地址 0xffffffffe 的内存

有人知道为什么会这样吗？

更新 2：

在汇编指令中调试：

54            const double val = 1;
08000e0a:   mov.w   r3, #0
08000e0e:   ldr     r4, [pc, #64]   ; (0x8000e50 <myfunc+88>)
08000e10:   strd    r3, r4, [r7, #16]
55            double log_res = log2(val);
08000e14:   vldr    d0, [r7, #16] // <------ X THIS LINE CAUSES THE PROBLEM X
08000e18:   bl      0x8002a9c <log>
08000e1c:   vmov    r0, r1, d0
08000e20:   add     r3, pc, #36     ; (adr r3, 0x8000e48 <myfunc+80>)
08000e22:   ldrd    r2, r3, [r3]
08000e26:   bl      0x800085c <__divdf3>

强调的行有 d0=0, r7=0x2002ffcc

执行此行后，反汇编程序跳转到WWDG_IRQHandler。

更新 3：

GCC 汇编器选项（不确定这是做什么的）：

-mcpu=cortex-m4 -g3 -c -x assembler-with-cpp --specs=nano.specs -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb

GCC 编译器选项：

-mcpu=cortex-m4 -std=gnu11 -g3 -DSTM32F429I_DISC1 -DSTM32 -DSTM32F429ZITx -DSTM32F4 -DDEBUG -DSTM32F429xx -c -I..\Inc -I../Inc/CMSIS/Include -I../Inc/CMSIS/Device/ST/STM32F4xx/Include -O0 -ffunction-sections -fdata-sections -Wall -fstack-usage --specs=nano.specs -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb

GCC 链接器选项：

-mcpu=cortex-m4 -T"C:\Users\mne\STM32CubeIDE\workspace_1.0.0\MyUSB\STM32F429ZITX_FLASH.ld" --specs=nosys.specs -Wl,-Map="${ProjName}.map" -Wl,--gc-sections -static --specs=nano.specs -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -Wl,--start-group -lc -lm -Wl,--end-group

更新4：

问题似乎发生在math.h 的许多功能上，例如fmin.

【问题讨论】：

评论不用于扩展讨论；这个对话是moved to chat。
你的MCU到底是什么？你的编译器选项是什么？看起来您正在使用 MCU 不支持的双精度指令。
@BumsikKim 我正在使用 STM32F429ZI，我不确定如何准确地与您分享我的编译器选项。我在问题中添加了 gcc 命令行选项，希望这就是您所需要的。
如果您使用优化，编译器可能会为您折叠常量，甚至可能会调用 log2。 constexpr double first_set 或 static const 也可能有效。您肯定会希望将它用于您的生产代码。
你有-mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb作为汇编程序而不是编译器选项的原因吗？

标签： c arm stm32 stm32f4 stm32cubeide

【解决方案1】：

您似乎从编译器选项中省略了标志-mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb，并且仅将它们包含在您的汇编器选项中。（您可以将-march=armv7-m -mtune=cortex-m4 替换为-mcpu=cortex-m4。）因此，您的编译器正在为错误的浮点ABI 生成代码。您指定了硬 ABI，但正在生成对软库函数的调用，而不是内联汇编指令。

编辑：如果编译器正在生成您的 FPU 不支持的指令，正如 ImageCraft 的 Richard 所观察到的，您可以尝试将标志更改为 --mcpu=cortex-m4 --mfpu=auto。

请注意，任何级别的优化，甚至是-O1，都足以让 GCC 折叠常量并优化对double position = 0.0; 的调用。您可能需要使用函数 return position; 来让它发出带有优化的代码。（我假设这是一个简化的 MCVE，因为您实际上不需要在运行时计算 log2(1)。）

【讨论】：

我更新了问题中的编译器参数。不幸的是，问题仍然存在。
@MohammedNoureldin 不幸的是，我没有办法重现这个问题。定义多个声明目标架构的选项对我来说看起来很可疑，我会确保您包含并链接正确的库并且只有那些。
参数实际上是IDE定义的，链接math.h时有什么特别需要注意的吗？再次在这里我没有做任何特别的事情，IDE添加了整个链接器参数（我没有在这里更改任何内容）。

【解决方案2】：

问题出在这里：

08000e14: vldr d0, [r7, #16] //

“d0”是一个 64 位 VFP 寄存器。但是，Cortex-M4F 只有 32 位 FPU（寄存器 s0、s1 等）。 Cortex-M7F 具有 64 位 FPU，但这不是您使用的。

因此该指令对导致故障的 Cortex-M4F 内核无效。我可以在 GCC 2018-Q4 版本中复制这一点。如果删除-mfloat-abi=hard，问题就会消失，因为它会使用 ARM 核心 CPU 寄存器来传递参数。所以这是我推荐的解决方法。

至于根本原因，我需要做更多的调查。

【讨论】：

我更新了问题中的编译器参数。不幸的是，问题仍然存在。
@MohammedNoureldin 嗯。 -mcpu=cortex-m4 -mfpu=auto 有效吗？
您删除了 -mfloat-abi=hard？您不必明确地说 -mfloat-abi=soft 而是继续尝试。如果仍然失败，请再次检查 asm 输出，它不应使用软 FP ABI 生成“vldr d0,..”（除非您的 GCC 非常损坏）。另外，您使用的 GCC 版本是什么？
感谢您的努力并尝试重现错误！现在可以了！我想通了为什么这以前没有帮助，现在帮助了。我对项目进行了清理，然后使用新设置 -mfloat-abi=soft 和 no hardware FPU 对其进行了重建。清洁对于看到效果很重要（我之前没有做过清洁，这就是为什么这不起作用）。
@MohammedNoureldin 根本不使用硬件 FPU 只是作为最后的手段，您应该这样做。什么是实际的 FPU？您应该提供正确的编译器标志来使用它。

【解决方案3】：

关于你的问题：

当我用硬编码的 1 替换 evil 行中的 val 时，代码可以工作。所以只有当我将 val 传递给 log2 时才会出现问题（如代码所示）。为什么会这样？

以下声明：

double position = log2(first_set);

没有将变量 val 传递给函数：log2()

我预计这样的编码错误（因为未定义 first_set）会导致代码无法编译。

【讨论】：

很抱歉让您感到困惑。我编辑了一些变量名称以使代码更容易，但忘记了调整文本。我又修复了代码和问题。

【解决方案4】：

STMF4 系列不支持双精度浮点数。将双精度浮点数更改为使用单精度浮点数。

【讨论】：