STM32H750上使用PCROP后导致Hard Fault

周五, 12 十一月 2021 - 09:25

引言

PCROP全称为Proprietary code read out protection（专用代码保护），它提供了一种新的代码保护机制，在PCROP区域的内容只能为可执行，不能读取或写入。这种机制可以为OEM厂商提供保护，方便保护自己IP的代码。本文主要记录在使用PCROP上遇到的Hardfault问题。

如何使用PCROP呢?

参考AN4968中PCROP的描述，PCROP的使用大致有以下几个步骤：

1、将需要保护的文件，在IDE中标识为仅可执行，IAR和KEIL，CubeIDE都有此类标识。

2、需要修改Link文件，将受保护文件中的rw data， ro data， ro code进行分区存放。

3、通过修改选项字，将受保护文件中的ro code中的内容进行PCROP保护。

4、编译工程产生保护文件的.o文件，并把符号导出给实际应用工程使用。

问题描述

在我使用IAR进行PCROP的测试时，发生了如下错误。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226961-1.png&…; alt=“Figure1 IAR中的Hard Fault提示窗口"></center><center>Figure1 IAR中的Hard Fault提示窗口</center>

问题分析与定位

PCROP调试时，会遇到一个问题，那就是由于代码已经被保护起来，无法单步调试。目前知道的只是当PCROP打开的时候会导致Hard Fault，而不使用PCROP没有问题。那么这个问题和PCROP强相关了。

接下来，只能通过一些简单的测试来定位发生问题的大概位置了，比如在函数入口添加一些简单的汇编代码，比如IAR中可以添加代码往寄存器R5中写入特殊测试值：__ASM(" MOVS R5, #11")，通过这个简单的测试，发现函数并没有执行到这里来。所以大概在跳转之后，执行这一句代码之前就已经发生了问题。

Hard Fault的错误描述为：INVSTATE，无效状态代表的是试图切换到ARM状态，查看文档后有以下信息：PCROP调试时，会遇到一个问题，那就是由于代码已经被保护起来，无法单步调试。目前知道的只是当PCROP打开的时候会导致Hard Fault，而不使用PCROP没有问题。那么这个问题和PCROP强相关了。

Hard Fault的错误描述为：INVSTATE，无效状态代表的是试图切换到ARM状态，查看文档后有以下信息：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226963-2.png&…; alt=“Figure 2 UFSR寄存器描述"></center><center>Figure 2 UFSR寄存器描述</center>

把PCROP取消掉以后，查看汇编代码如下图3：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226965-3.png&…; alt=“Figure 3 汇编窗口"></center><center>Figure 3 汇编窗口</center>

0x9003开头的是外部flash地址，首先会跳转到0x9003’6fd8去执行，如下图4。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226967-4.png&…; alt=“Figure 4 汇编窗口"></center><center>Figure 4 汇编窗口</center>

红色框出来的部分就是0x9003’6fd8的内容了，这里会取下一个PC指针指向区域的内容，赋给PC指针，也就是PC会跳转到0x0801’f0b0去执行，LSB=1代表的是下一条为thumb指令，如下图5。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226969-5.png&…; alt=“Figure 5 汇编窗口"></center><center>Figure 5 汇编窗口</center>

然后就会进行压栈操作，到此下面自己写的汇编测试指令还没有走到就已经出现Hard Fault了，目前看来，要么是跳转的问题，要么是压栈操作导致了Hard Fault。

为了方便继续测试，又写了一个测试函数，如下图6：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226971-6.png&…; alt=“Figure 6 测试代码"></center><center>Figure 6 测试代码</center>

该函数加入到PCROP区域后，发现没有问题，和之前的汇编代码对比，该函数由于局部变量很少所以并没有压栈的操作，那么我可以尝试把局部变量加大，让编译器产生PUSH等压栈操作。修改后的代码如下图7：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226973-7.png&…; alt=“Figure 7 测试代码"></center><center>Figure 7 测试代码</center>

修改完成后，再次测试，确认已经产生了PUSH操作，果然Hard Fault又出现了。

但是PUSH操作不应该导致hard fault啊，继续查看汇编代码，查找可疑的指令：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226975-8.png&…; alt=“Figure 8 汇编窗口"></center><center>Figure 8 汇编窗口</center>

在0x801’f01e这个位置，有一段跳转指令，代码会跳转到0x801’f000的位置去执行，继续追踪：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226977-9.png&…; alt=“Figure 9 汇编窗口"></center><center>Figure 9 汇编窗口</center>

问题来了：这个LDR指令需要去取PC指针+4的位置的数据，而此时PC指针肯定是位于PCROP区域的，也就是说这里需要数据总线访问PCROP区域，这肯定是不被允许的，所以才导致了Hard Fault。

那么，编译器为什么会产生这段跳转指令呢？查看map文件后，这段flash区域放置的是veneer section，Veneer又是什么呢？

查看IAR的帮助文档，可以发现以下信息：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226980-10.png…; alt=“Figure 10 IAR帮助文档"></center><center>Figure 10 IAR帮助文档</center>

原来，编译器为了实现长跳转，会自动生成一段Veneer代码，并且将跳转的地址放在这段区域，而IAR默认将这段代码放在了PCROP的起始区域，所以才导致了该问题。

根据AN4968中关于IAR的配置，只有以下内容需要勾选，目前看来是无法解决这个问题的：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226982-11.png…; alt=“Figure11 IAR设置选项"></center><center>Figure11 IAR设置选项</center>

在咨询了IAR的支持工程师后，得到信息是可以在Link配置中设置：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226984-12.png…; alt=“Figure 12 IAR设置选项"></center><center>Figure 12 IAR设置选项</center>

设置完成后，产生的跳转部分汇编代码如下：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226986-13.png…; alt=“Figure13 汇编窗口"></center><center>Figure13 汇编窗口</center>

可以看到，这里先将0x21b1存放到R12的低地址，再将0x9004存放到R12的高地址，最后BX R12完成跳转。和前面的跳转部分汇编相比，此时不需要访问PCROP保护的flash区域的数据了，所以不会有问题。

问题已经找到

虽然这种方法可以解决，但图中LINK文件的配置是针对全局的，取消掉literal pool会对全局的代码效率产生影响，有没有更好的办法可以只针对test.c文件做配置呢？

非常遗憾，在当前最新的IAR版本中，无法完美解决该问题。

问题解决

<center>▼查收解决方法▼ </center>

在发现IAR有这个问题后，尝试使用Keil和CubeIDE来测试该问题。

KEIL中，只需要配置以下内容就可以达到目的.

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226988-14.png…; alt=“Figure14 Kei1汇编窗口"></center><center>Figure14 Kei1汇编窗口</center>

Keil生成的汇编代码，从图中可以看到，此处Veneer产生的跳转是不会有问题的.

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226990-15.png…; alt=“Figure15 Kei1汇编窗口"></center><center>Figure15 Kei1汇编窗口</center>

另外，在Keil的官方文档中，有以下提示，这表明Keil已经注意到了类似的问题，只需要勾选XO选项就能避免：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226992-16.png…; alt=“Figure16 Kei1说明文档"></center><center>Figure16 Kei1说明文档</center>

CubeIDE中，需要在下图两处地方进行配置：

1.勾选-mslow-falsh-data选项

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226994-17.png…; alt=“Figure17 Cube IDE选项设置"></center><center>Figure17 Cube IDE选项设置</center>

2.在GCC编译器中，添加-mpure-code选项

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226996-18.png…; alt=“Figure 18 Cube IDE选项设置"></center><center>Figure 18 Cube IDE选项设置</center>

对比下CubeIDE配置前和配置后的汇编代码如下：

配置前：访问了PCROP区域的flash内容进行跳转。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-226998-19.png…; alt=“Figure 19 Cube IDE汇编窗口"></center><center>Figure 19 Cube IDE汇编窗口</center>

配置后，直接修改R12进行跳转。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555274-227000-20.png…; alt=“Figure 20 Cube IDE汇编窗口"></center><center>Figure 20 Cube IDE汇编窗口</center>

问题总结

PCROP只能保护片内flash区域，无法保护片外flash，在使用PCROP进行保护时，不仅需要配置好Link文件，还需要配置好IDE，注意片外Flash和片内Flash区域相互跳转的地方。

参考文献

Keil Veneer说明：https://www.keil.com/support/man/docs/armlink/armlink_pge1406301797482…

IAR Veneer说明：<a href="https://www.iar.com/support/tech-notes/linker/what-is-linker-created-an…;

AN4968: Proprietary code read out protection (PCROP) on STM32F72xxx and STM32F73xxx microcontrollers

文档中所用到的工具及版本

测试工具版本信息：

IAR：8.50.1

KEIL：5.24.2.0

CubeIDE：1.5.1

来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/PmGS8_DTpyBJ7jykSo4uOA">STM32单片机</a>
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