STM32F4 程序運行一段時間後死掉 但中斷正常響應（串口一直進中斷導致程序被卡死）

問題描述

控制系統使用的是STM32F4+UCOSII 搶佔型內核，最近一段時間出現了程序跑一段時間之後操作系統直接死掉的問題，表現爲：操作系統中設有優先級很低的呼吸燈任務，只要操作系統在正常工作，呼吸燈就會不停的跳動，但是當出現問題時，呼吸燈停止跳動，控制底盤運動的任務也死掉，底盤處於失控狀態，LCD所在的任務也死掉，不再進行刷新，推測爲所有的操作系統的任務均死掉，不能正常工作，但是中斷仍然可以響應，寫在定時器中斷中的急停操作是可以執行的。

問題分析

• 懷疑是進入了一些錯誤中斷

• 懷疑是指針或者堆棧出了問題

• 懷疑最高優先級的任務中存在死循環

• 懷疑操作系統中存在一些bug

• 懷疑是中斷引起的程序一直在中斷中，不能進入正常任務
  解決方案

• 對錯誤中斷進行排查分析，程序中開啓的錯誤中斷響應只有HardFault，在進入HardFault的中斷服務函數後會進行相應的處理

    /* *
       * @brief  This function handles Hard Fault exception.
       * @param  None
       * @retval None
       */
   void HardFault_Handler(void)
   {
         /* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */
          while (1)
          {
                   BEEP_TOGGLE;
                   Delay_ms(500);
          }
   }
  

因此，從表現上看基本可以排除進入Hard Fault的可能，除此之外，Hard Fault的中斷優先級爲 -1，如果程序是死在HardFault中，那麼其他的中斷響應應該也是無法響應的，這與問題的表現，中斷仍然可以響應矛盾，因此可以斷定，不是進入了HardFault和其他的一些問題中斷。

• 關於指針和堆棧的問題，一般有問題會直接進Hard Fault，而此時基本已經排除了Hard Fault的問題，除此之外也嘗試擴大了硬件和操作系統的堆棧，問題沒有解決，確定不是這裏有問題。

• 關於操作系統的Bug在網上查了不少，早期的操作系統確實存在問題但是系統中使用的2.92版本應該是不存在此類Bug的。

總結

上述對問題的解釋其實有點牽強，因爲大多數時候發送和接收都是這樣進行處理的，但是都沒有出現問題，而且DMA的使用也使用了很長時間也沒有出現過問題，並且就算出問題也是隨機的，並不是每次都出問題，所以懷疑出現問題應該是跟各個中斷之間的優先級、響應時間、以及具體的時序有一些複雜的關係，具體是什麼關係就很難尋找了，推薦的做法就是防範於未然，將不用的中斷統統關閉，這樣總是沒有壞處的。

後續：問題的解決

原因
造成該問題的原因是程序進入USART中斷，但觸發中斷的標誌位沒有被清除，一直循環觸發中斷，程序卡在中斷中出不來

當使用

 USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE)

使能串口接收中斷時，實際上 USART_CR1 寄存器中 RXNEIE 被置 1
但是當RXNEIE = 1時 同時還啓動了串口的 ORE 中斷

ORE：上溢錯誤 (Overrun error)
在 RXNE = 1 的情況下，當移位寄存器中當前正在接收的字準備好傳輸到 RDR 寄存器時，該
位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器中 RXNEIE = 1，則會生成中斷。該位由軟件序列清
零（讀入 USART_SR 寄存器，然後讀入 USART_DR 寄存器）。
0：無上溢錯誤
1：檢測到上溢錯誤
注意： 當該位置 1 時， RDR 寄存器的內容不會丟失，但移位寄存器會被覆蓋。如果 EIE 位置 1，
則在進行多緩衝區通信時會對 ORE 標誌生成一箇中斷。

當發生上溢錯誤時程序會響應串口中斷進入到如下的中斷函數中

void USART1_IRQHandler(void)
{
    u8 temp;
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
        USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);       //USART_FLAG_RXNE    
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
         temp = USART_ReceiveData(USART1);
    }
}

但是由於此時觸發的是ORE中斷，中斷函數中的內容並不能滿足ORE狀態標誌位被清除的條件：

讀入 USART_SR 寄存器，然後讀入 USART_DR 寄存器

因此該標誌位始終存在，無法被清除，串口中斷一直被觸發
程序卡死

解決方案
中斷函數中加入如下內容

void USART1_IRQHandler(void)
{
    u8 temp;

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE_RX) != RESET)    //讀入USART_SR 
    {
          USART_ReceiveData(USART1);       //讀入USART_DR 
    }
    
    else if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
        USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);       
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
         temp = USART_ReceiveData(USART1);
    }
}

其中

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE_RX) != RESET)    //讀入USART_SR 
    {
          USART_ReceiveData(USART1);       //讀入USART_DR 
    }

滿足了ORE被清除的條件
讀入 USART_SR 寄存器，然後讀入 USART_DR 寄存器

特別注意
根據參考手冊中顯示
ORE：上溢錯誤 (Overrun error)
在 RXNE = 1 的情況下，當移位寄存器中當前正在接收的字準備好傳輸到 RDR 寄存器時，該
位由硬件置 1。如果 USART_CR1 寄存器中 RXNEIE = 1，則會生成中斷。該位由軟件序列清
零（讀入 USART_SR 寄存器，然後讀入 USART_DR 寄存器）。
0：無上溢錯誤
1：檢測到上溢錯誤
注意： 當該位置 1 時， RDR 寄存器的內容不會丟失，但移位寄存器會被覆蓋。如果 EIE 位置 1，
則在進行多緩衝區通信時會對 ORE 標誌生成一箇中斷。

ORE上溢錯誤產生中斷有兩種方式，其中之一是由於普通模式下一個字節尚未處理完，又接收到一個字節。另外一種方式是在開啓了錯誤中斷標誌位EIE時，在使用DMA進行數據傳輸時若發生上溢則會產生中斷

EIE：錯誤中斷使能 (Error interrupt enable)
對於多緩衝區通信（ USART_CR3 寄存器中 DMAR = 1），如果發生幀錯誤、上溢錯誤或出
現噪聲標誌（ USART_SR 寄存器中 FE = 1 或 ORE = 1 或 NF = 1），則需要使用錯誤中斷
使能位來使能中斷生成。
0：禁止中斷
1：當 USART_CR3 寄存器中的 DMAR = 1 並且 USART_SR 寄存器中的 FE = 1 或 ORE = 1
或 NF = 1 時，將生成中斷。

與此相對應的，庫函數中的中斷定義也有兩種

/** @defgroup USART_Interrupt_definition 
  * @{
  */
  
#define USART_IT_PE                          ((uint16_t)0x0028)
#define USART_IT_TXE                         ((uint16_t)0x0727)
#define USART_IT_TC                          ((uint16_t)0x0626)
#define USART_IT_RXNE                        ((uint16_t)0x0525)
#define USART_IT_ORE_RX                      ((uint16_t)0x0325) /* In case interrupt is generated if the RXNEIE bit is set */
#define USART_IT_IDLE                        ((uint16_t)0x0424)
#define USART_IT_LBD                         ((uint16_t)0x0846)
#define USART_IT_CTS                         ((uint16_t)0x096A)
#define USART_IT_ERR                         ((uint16_t)0x0060)
#define USART_IT_ORE_ER                      ((uint16_t)0x0360) /* In case interrupt is generated if the EIE bit is set */
#define USART_IT_NE                          ((uint16_t)0x0260)
#define USART_IT_FE                          ((uint16_t)0x0160)

/** @defgroup USART_Legacy 
  * @{
  */
#define USART_IT_ORE                          USART_IT_ORE_ER           

如果在進行中斷標誌位的查詢時使用

if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE) != RESET)

其實只查詢了打開EIE情況下的溢出中斷標誌位

#define USART_IT_ORE_ER                      ((uint16_t)0x0360) /* In case interrupt is generated if the EIE bit is set */

而如果沒有打開EIE的話，當然是查不到RXNEIE

#define USART_IT_ORE_RX                      ((uint16_t)0x0325) /* In case interrupt is generated if the RXNEIE bit is set */

所對應的中斷標誌的
這也是有不少博客中說存在Bug，查詢不到中斷標誌的原因。

因此如果是打開了EIE產生了溢出中斷需要在中斷服務函數中添加的是

if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE) != RESET)    //讀入USART_SR 
{
      USART_ReceiveData(USART1);       //讀入USART_DR 
}

或者

 if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE_ER ) != RESET)    //讀入USART_SR 
    {
          USART_ReceiveData(USART1);       //讀入USART_DR 
    }

而如果沒有打開EIE，則需要添加的是

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE_RX) != RESET)    //讀入USART_SR 
    {
          USART_ReceiveData(USART1);       //讀入USART_DR 
    }