一個(gè)關(guān)于使用STM32F4芯片CCM RAM時(shí)的異常分析

小融一號(hào)

前言

有客戶(hù)用STM32F427芯片，程序?qū)�CSTACK放在CCM RAM中，結(jié)果測(cè)試過(guò)一段時(shí)間的板子都出現(xiàn)了不能正常運(yùn)行的情況。這個(gè)現(xiàn)象一度讓我們懷疑是否是CCM RAM在測(cè)試過(guò)程中遭到了破壞，導(dǎo)致我們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的道路上浪費(fèi)了不少時(shí)間。

事實(shí)證明STM32的CCM RAM并沒(méi)有那么脆弱，而解決問(wèn)題時(shí)盡力從多個(gè)角度進(jìn)行驗(yàn)證，不放過(guò)所有可能出問(wèn)題的環(huán)節(jié)之心態(tài)更為重要。

在具體討論問(wèn)題的原因之前，不妨先介紹一下STM32F4/STM32F3系列芯片上的CCM RAM。

CCM RAM介紹

ST的STM32F303, STM32F358, STM32F328, STM32F334系列和STM32F4的Advanced line系列芯片里都有CCM(Core Coupled Memory) RAM。但仔細(xì)看系統(tǒng)架構(gòu)圖會(huì)發(fā)現(xiàn)F3和F4的CCM RAM還是有不一樣的地方。如下面是STM32F303和STM32F427的架構(gòu)圖：

F3和F4的CCM RAM都只能被內(nèi)核訪(fǎng)問(wèn)，DMA主設(shè)備沒(méi)有連接到CCM RAM，所以不能訪(fǎng)問(wèn)它。從上圖我們還能看到，對(duì)于F303的CCM RAM它連接到了數(shù)據(jù)總線(xiàn)和指令總線(xiàn)上，所以32F303的CCM RAM既可以放數(shù)據(jù)也可以執(zhí)行代碼。但32F427的CCM RAM只連接到了數(shù)據(jù)總線(xiàn)，所以F427的CCM RAM不能執(zhí)行代碼。這一點(diǎn)需要注意。

數(shù)據(jù)和代碼放在CCMRAM的好處是，訪(fǎng)問(wèn)和執(zhí)行的速度更快。stmcu.com.cn網(wǎng)站上可以下載到AN4296的中文版本，這篇應(yīng)用手冊(cè)里詳細(xì)說(shuō)明了怎么從F303的CCM RAM里執(zhí)行代碼。在這里就不再贅述了。下面接著講講前面在32F427上遇到的異常問(wèn)題。

問(wèn)題描述

客戶(hù)的產(chǎn)品做了一段時(shí)間的測(cè)試后發(fā)現(xiàn)一批板子全部出問(wèn)題。客戶(hù)方面進(jìn)行分析后用了一段簡(jiǎn)單的點(diǎn)燈程序進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CSTACK放在不同的位置時(shí)程序表現(xiàn)不一樣。CSTACK放在SRAM中時(shí)，工作正常，但放在CCM RAM中就不能正常運(yùn)行。從這個(gè)現(xiàn)象看很像是CCM RAM出問(wèn)題了，且恰好只有經(jīng)過(guò)測(cè)試的板子有問(wèn)題，其他板子都沒(méi)有問(wèn)題。

測(cè)試過(guò)程

拿到客戶(hù)的板子和測(cè)試代碼后很容易就重現(xiàn)了客戶(hù)描述的現(xiàn)象。

首先檢查了客戶(hù)測(cè)試代碼中的link文件。發(fā)現(xiàn)link文件寫(xiě)的沒(méi)錯(cuò)。【IAR環(huán)境】

/*###ICF### Section handled by ICFeditor, don't touch! ****/

/*-Editor annotation file-*/

/*IcfEditorFile="$TOOLKIT_DIR$\config\ide\IcfEditor\cortex_v1_0.xml" */

/*-Specials-*/

define symbol__ICFEDIT_intvec_start__ = 0x08000000;

/*-Memory Regions-*/

define symbol __ICFEDIT_region_ROM_start__= 0x08000000;

define symbol__ICFEDIT_region_ROM_end__ = 0x081FFFFF;

define symbol__ICFEDIT_region_RAM_start__ = 0x20000000;

define symbol__ICFEDIT_region_RAM_end__ = 0x2002FFFF;

define symbol__ICFEDIT_region_CCMRAM_start__ = 0x10000000;

define symbol__ICFEDIT_region_CCMRAM_end__ = 0x1000FFFF;

/*-Sizes-*/

define symbol__ICFEDIT_size_cstack__ = 0x400;

define symbol __ICFEDIT_size_heap__= 0x200;

/**** End of ICF editor section.###ICF###*/

define memory mem with size = 4G;

define region ROM_region = mem:[from__ICFEDIT_region_ROM_start__ to __ICFEDIT_region_ROM_end__];

define region RAM_region = mem:[from__ICFEDIT_region_RAM_start__ to __ICFEDIT_region_RAM_end__];

define region CCMRAM_region =mem:[from __ICFEDIT_region_CCMRAM_start__ to __ICFEDIT_region_CCMRAM_end__];

define block CSTACK with alignment =8, size = __ICFEDIT_size_cstack__ { };

define block HEAP with alignment =8, size = __ICFEDIT_size_heap__ { };

initialize by copy { readwrite };

do not initialize { section .noinit};

place at addressmem:__ICFEDIT_intvec_start__ { readonly section .intvec };

/*place at addressmem:__ICFEDIT_region_CCMRAM_start__ { block CSTACK };*/

place in CCMRAM_region {blockCSTACK};

place in ROM_region { readonly };

place in RAM_region { readwrite,block HEAP };

首先定義一個(gè)CCMRAM_region,然后通過(guò)”place in CCMRAM_region{block CSTACK};” 聲明將CSTACK放在CCM RAM中。但在接下來(lái)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象。

測(cè)試一：

首先測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)板子連著ST-LINK在debug狀態(tài)下時(shí)，能正常運(yùn)行。

只有斷開(kāi)ST-LINK,重新上電后就不能正常工作了。

測(cè)試二：

為了確認(rèn)CCM RAM是不是真的壞了。另外寫(xiě)了一個(gè)程序，將CSTACK放在SRAM中，然后在程序運(yùn)行的時(shí)候?qū)�CCM RAM地址空間進(jìn)行遍歷，對(duì)地址0x10000000 到0x1000FFFF空間逐次進(jìn)行讀寫(xiě)操作。發(fā)現(xiàn)程序正常運(yùn)行，CCM RAM的讀寫(xiě)正常。

實(shí)驗(yàn)做到這里，基本可以確定CCM RAM沒(méi)有損壞。但為什么CSTACK不能放到CCM RAM中呢？

然后我們又做了第三個(gè)實(shí)驗(yàn)。

測(cè)試三：

對(duì)比拿到的壞板子的Optionbytes的值與默認(rèn)值。逐個(gè)檢測(cè)不同的位是否和問(wèn)題相關(guān)。發(fā)現(xiàn)BFB2這位的狀態(tài)會(huì)影響程序的運(yùn)行。如果清除該位，即使將CSTACK放在CCM RAM中，程序也能正常運(yùn)行。

原因分析

從上面的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題跟Option bytes中的BFB2的狀態(tài)有關(guān)。查詢(xún)BFB2位的作用后搞清了問(wèn)題的原因。我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)BFB2做什么用。STM32F427的Flash支持雙Bank. BFB2可以用來(lái)切換啟動(dòng)時(shí)從Bank2啟動(dòng)。我們來(lái)看看參考手冊(cè)中的描述：

如果想從Flash Bank2啟動(dòng)，必須將BFB2位置1。如果此時(shí)boot引腳的配置是從用戶(hù)Flash啟動(dòng)，芯片將先從系統(tǒng)bootloader啟動(dòng)，然后跳轉(zhuǎn)到Bank2執(zhí)行。

然后在應(yīng)用筆記AN2606中，我們看到BFB2置1時(shí)的啟動(dòng)流程，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。見(jiàn)下圖：

當(dāng)BFB2置1時(shí)，在跳轉(zhuǎn)到用戶(hù)代碼（Bank2或者Bank1）之前，系統(tǒng)bootloader會(huì)檢查棧頂?shù)奈恢檬欠裨赟RAM區(qū)域，也就是檢查是否落在0X20000000開(kāi)頭的地址。如果不是，就會(huì)一直停在bootloader中，不繼續(xù)執(zhí)行。這也就是我們前面看到的程序不能正常運(yùn)行的原因。

當(dāng)將BFB2位清除后，問(wèn)題馬上解決了。而且對(duì)比當(dāng)CSTACK設(shè)置在CCM RAM時(shí)還能正常工作的板子，發(fā)現(xiàn)這一位都是沒(méi)有置1的。

找到程序不能正常運(yùn)行原因后，我們就從錯(cuò)誤的方向回到正途，開(kāi)始尋找Option bytes被修改的原因了。

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