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Boot 引脚引发的血案

有经验的工程师应该都知道,main 函数并不是单片机运行的第一条指令,所以我们就会怀疑是否是中断向量表有问题(第一条指令地址存放在中断向量处)。

作者: 鱼鹰Osprey 来源:鱼鹰谈单片机|2021-01-11 05:30

 

本文转载自微信公众号「鱼鹰谈单片机」,作者鱼鹰Osprey 。转载本文请联系鱼鹰谈单片机公众号。

血案现场描述:

程序下载到程序之后,没有正常运行。

怀疑下载过程或者程序出现问题,但是同样的工具,同样的程序,下载到另一块单片机没有任何问题。

那么问题出在哪?

方法尝试:

遇到诡异的问题时,鱼鹰都是建议直接在线调试。

因为下载过程是正常的,说明调试器可以正常连接单片机,同时单片机也可以正常工作,否则调试器无法连接单片机并下载。

(通过以下界面,可以查看调试器是否已连接,包含调试器的产品序列号,固件版本等,右边窗口表示连接的单片机芯片 ID 信息,目前这个界面因为没有调试器,没有相关信息)

因为调试器可以正常连接芯片,那么进入在线调试模式就是顺理成章的事情了。

当你在线调试时,你会发现如下窗口:

(该图是一个群友的截图,放在这里方便描述)

通过上一篇笔记《编译优化:这些锅俺不背!》我们可以知道,这个工程下载的工程应该是正确的,MDK 也可以正常设置断点位置。

但奇怪的是,程序竟然没有停在断点处。这是个很诡异的问题。

同时这个现象也解释了为什么程序工作不正常,既然程序没有运行到 main 函数,那么肯定无法正常工作。

有经验的工程师应该都知道,main 函数并不是单片机运行的第一条指令,所以我们就会怀疑是否是中断向量表有问题(第一条指令地址存放在中断向量处)。

但是根据前面所说,这个程序下载到别的单片机是正常运行的,所以可以排除这个原因。

那么这个问题到底是怎么回事?

我们其实可以从调试截图中得到另一个信息,单片机在 0x1FFFxxxx 地址处运行(正常应该在 0x0800xxxx)!!!

并且当你单步运行时,你会发现汇编指令是可以执行的。同时我们可以看到汇编指令是正常的,并不都是 0 或者 0xff,这些数据能够被解析器正确解析成汇编指令。

这就说明一个问题,单片机确实在运行指令,只不过,我们无法通过 MDK 看到源码,也无法进行源码级别的调试。

分析到这里,有经验的道友应该有点方向了。

在单片机中,还有什么代码是可以被执行,我们用户又没有源码的?

没错,就是芯片生产时固化在单片机内部的 ISP 程序。

很多时候,当我们没有合适的调试器更新程序时,我们会选择使用串口下载程序。

并且我们很清楚如何通过设置 boot0 引脚来完成升级,我们也很清楚单片机中有一段代码专门干这事,而每一本芯片参考手册里也都写了如何使用串口升级。

但是我们却不知道这段程序到底位于哪里?我们无法亲眼看到这段程序执行并把我们的程序下载到单片机中。

所以当我们看到问题截图时,我们无法第一时间明白:单片机正在执行串口升级程序。

(事实上,我们可以从参考手册看到系统存储地址的空间)

到此,我们应该知道单片机为什么不能正常工作了,因为它跑错地方了!

那为啥会运行到系统存储器去了呢?

肯定和开机时 boot 引脚电平有关。

问题解决:

既然定位到 boot 引脚电平可能有问题,那么就可以通过检查 boot 情况来确定问题。

最终那位群友说是因为贴片时贴错了位置,导致应该设置为低电平却设置成高电平导致。

确实,这个群友经过我的提醒定位到问题了,但是现场情况可能比那位群友的要糟糕。

比如,鱼鹰在第一次遇到这个问题时,也是出现了同样的现象,但是那时的单片机 boot0 使用万用表检测的电压确实是低电平,但它还是到系统存储区执行了(那时并不知道这是 ISP 程序,只知道执行位置错了,当问题解决了,鱼鹰才晓得这段代码是干啥的)。

一般人遇到这种问题,可能就不知所措,开始继续怀疑是不是自己软件的问题了。但鱼鹰不同,摸爬滚打多年,经验丰富(自夸,哈哈),坚信自己的判断:一定是 boot 0 引脚问题。

所以,鱼鹰拿来示波器(为什么要使用示波器?我们要知道,万用表只能检测出平均的电压,瞬间的电平变化,万用表是无法发现的),从上电开始观察。

因为问题复现率很高,鱼鹰很快通过示波器的单次触发功能发现了在上电那一刻,boot0 引脚会突然出现一个高电平,如果此时刚好是单片机采样 boot0 的时刻,那么单片机进入串口下载程序也就不奇怪了。

到此,身为软件工程师的责任结束了,我们已经定位到有异常电平导致单片机工作不正常,此时就要由硬件工程师上场分析为什么会出现这个异常电平了。

至于异常电平是如何产生的,又是如何解决的,就不是我们软件工程师要了解的了,毕竟我们不是专业的。

总结:

以上问题,在第一次遇到时,鱼鹰确实一脸懵逼,但使用在线调试这个大杀器,再结合扎实的基础,解决起来也不是那么困难。但是对于其他人而言,可能就是一件毫无头绪的事情,可能尝试各种方法还是一无所获,毕竟其他硬件都没有问题,只是 boot 引脚电平问题,而我们平时一般不会关注它。

正因为如此,每次遇到这种截图,鱼鹰都是让他们检查boot引脚再说。

而今天鱼鹰记录这个问题,就是希望让更多人可以知道这个事(求转发),从而更快的定位问题。

希望今天这篇笔记对你有所启发,咱们下期再见!

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