log2 在 C 中导致 STM32F4 MCU 出现故障

Question

为什么这段代码会导致硬故障并跳入死循环？

#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
}

当我用硬编码的 1 替换邪恶行中的 val 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 STM32CubeIDE（基于 eclipse）和 STM32F429ZI MCU。

更新：

检查反汇编中的异常 window 表明这是发生的异常：

fffffff9: Failed to execute MI command: -data-disassemble -s 4294967289 -e 4294967429 -- 3 Error message from debugger back end: Cannot access memory at address 0xfffffffe

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>

强调线有d0=0,r7=0x2002ffcc

执行完这一行后，反汇编程序跳转到WWDG_IRQHandler。

更新 3：

GCC 汇编程序选项（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.

Answer 1

关于您的问题：

当我用硬编码的 1 替换邪恶行中的 val 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？

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 first_set 未定义）会导致代码无法编译。

Answer 2

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 观察到的那样，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 -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; 来让它在启用优化的情况下发出此代码。（我假设这是一个简化的 MCVE，因为您实际上永远不需要在运行时计算 log2(1)。）

Answer 3

问题出在这里：

08000e14: vldr d0, [r7, #16] // <------ X THIS LINE CAUSES THE PROBLEM X

"d0"是一个64位的VFP寄存器。然而，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。

所以该指令对于导致故障的Cortex-M4F内核无效。我可以用 GCC 2018-Q4 版本复制它。如果删除 -mfloat-abi=hard，问题就会消失，因为它随后使用 ARM 内核 CPU 寄存器来传递参数。这就是我推荐的修复方法。

至于根本原因，我还需要再做一些调查。

Answer 4

STMF4 系列不支持双精度浮点数。将 double 更改为 float 以使用单精度浮点数。

log2 在 C 中导致 STM32F4 MCU 出现故障

log2 causes a fault in STM32F4 MCU in C

c

arm

stm32

stm32f4

stm32cubeide

更新：

更新 2：

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