Keil MDK 4.23 仿真 STM32F4 配置总结与简单解析

fnems

本帖只是对STM32F4仿真的配置方式做一个总结。内容都在别的地方找的。

这里的仿真是指电脑仿真，而不是在线仿真。

最近刚刚入门STM32F4系列，在MDK仿真问题上卡住了一段时间。查帖子，有的人说4.23不可以但高版本可以，有的人说高版本也不行，也有的人说4.23就能仿真。

我这里用的是MDK4.23实现STM32F407VET6的电脑仿真，不过其他型号STM32F4芯片、更高版本MDK应该也可以。

下面就从一个简单工程开始说明配置过程，图多也略繁琐，建议高手跳着看。

另外只是寻找仿真配置方式的读者可以直接跳到末尾看结论。



下文包含的内容：
1）建立简单的示例工程
2）解决第一个问题：仿真起始地址不对同时读权限错误
3）解决第二个问题：仿真出现HardFault
4）解决第三个问题：运行过程中地址读写权限错误
5）总结

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建立工程的过程很基本，就不多说了。






我们只是建立一个最简单的工程。需要的文件，除了MDK会自动添加Startup汇编代码之外，还有
stm32f4xx.h
system_stm32f4xx.c
system_stm32f4xx.h
main.c



main.c用户程序也写得很简单，基本的程序框架。



这时候看看默认的项目配置，Alt + F7，或者Project->Options for target "xxx"
在Target这一页，下方定义了各个段的地址和大小。IROM就是程序指令存放的位置了，IRAM是片上内存。

地址和大小应该是根据具体芯片样本的，如下图



这里样本中Flash就对应IROM，存放程序代码；样本中SRAM对应IRAM。
另外能看到，MDK配置中另一个IRAM是对应了CCM data RAM。



Linker页。这里会配置如何链接各obj文件来生成目标文件。这里也有区段的配置，不过默认是与前面Target页的配置保持一致。



Debug页，电脑仿真要选择左边Use Simulator，看情况如果从Startup开始调试，就可以取消复选框Run to main.



编译没有问题。



按Ctrl + F5开始仿真，这时候就遇到问题了，提示没有读权限。

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这时在工程目录里创建一个debug.ini文件（实际上文件名任意），输入内容

1. map 0x00000000,0x00010000 read

复制代码

这句话是说，把芯片的地址0x00000000 ~ 0x00010000这段区域设置成可读的。



然后在Debug配置中引用这个初始化文件。

这时候再启动调试，应该不会报错了，但还是有问题：




从反编译窗口可以看出两个问题：
1）起始地址是0x0000 0000，这不是我们想要的地址。
2）在这个地址上，很大部分是0，即内容是空的。

如果这时候看看应该存放代码的区段，从0x0800 0000开始的内容：



这里是有内容的。

所以现在要做的，就是改变仿真CPU开始执行的地址。
方法还是通过初始化文件。修改前面那个debug.ini

1. map 0x00000000,0x00010000 read
   
2. 
   
3. FUNC void Setup (void) {
   
4.   SP   = _RDWORD(0x08000000);
   
5.   PC   = _RDWORD(0x08000004);
   
6.   _WDWORD(0xE000ED08, 0x08000000);
   
7. }
   
8. 
   
9. Setup();

复制代码

这段可以从MDK自带的例子中找到，地址是<Keil>\ARM\Boards\ST\STM32F4-Discovery\Blinky\Dbg_RAM.ini
（顺便说一句，遇到问题多看demo还是很有用的）
不过这个Dbg_RAM.ini文件没法直接用，我修改了一下。

说明：
在代码段一开始就是中断向量表。从startup就能看出来：

1. ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
   
2.                 AREA    RESET, DATA, READONLY
   
3.                 EXPORT  __Vectors
   
4.                 EXPORT  __Vectors_End
   
5.                 EXPORT  __Vectors_Size
   
6. 
   
7. __Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
   
8.                 DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
   
9.                 DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
   
10.                 DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler
    
11.                 DCD     MemManage_Handler          ; MPU Fault Handler
    
12.                 DCD     BusFault_Handler           ; Bus Fault Handler
    
13.                 DCD     UsageFault_Handler         ; Usage Fault Handler
    
14. ......

复制代码

后面还有很多。第一个DWORD是栈顶指针，就是说CPU开始运行后栈寄存器SP应该指向的地方；第二个DWORD是Reset Handler地址，就是程序开始执行的地址。

所以初始化文件debug.ini中在仿真开始时执行Setup()过程，把代码段0x0800 0000开始的第一个DWROD赋值给SP，把第二个DWORD赋值给PC，这样程序就可以从头开始执行了。
第三行_WDWORD(0xE000ED08, 0x08000000);
是对0xE000ED08这个寄存器赋值0x08000000。这个寄存器是SCB_VTOR，存放的是中断向量表的表头地址。

修改过debug.ini，按Ctrl + F5仿真



这样就可以了吗？按F11步进，发现又出错了。



这次不是MDK出错，而是仿真的CPU直接跳到了HardFault_Handler，就是说CPU认为出现了HardFault。
这个地方我好久才发现问题。原来是xPSR寄存器的初始值有问题。
PSR在ST官网的Cortex-M3 programming manual文档中有描述。



图3的APSR、IPSR和EPSR合并起来就是PSR寄存器。问题出在EPSR的24位T位上。这个位应该总是1，不是1就会出错。



所以要在初始化文件debug.ini中加入相应的初始赋值。同时，由于地址段0x00000000开始的那部分不再访问了，所以可以丢掉最初的map指令。
现在这个初始化文件debug.ini变成了

1. FUNC void Setup (void) {
   
2.   xPSR = 1<<24;
   
3.   SP   = _RDWORD(0x08000000);
   
4.   PC   = _RDWORD(0x08000004);
   
5.   _WDWORD(0xE000ED08, 0x08000000);
   
6. }
   
7. Setup();

复制代码

多了xPSR = 1<<24;这一行对xPSR赋值。这下可以开始仿真了，按F11一步一步都能跑。

后面又遇到了问题，跑到SystemInit()函数里面：




提示0x4000 0000开始的一个地址段内访问错误。看样本地址空间说明，能看到这一段是外设（Peripherals）的地址空间。对UART、SPI、Timer等访问时就会访问到这个地址段。



同样会访问到的还有Cortex-M4's internal peripherals段、FSMC registers段等等，根据实际情况可以加入相应的map地址空间权限映射。
比如只增加Peripheral和Cortex-M4's internal peripherals，可以加入下面的指令：
map 0x40000000, 0x40007FFF // APB1
map 0x40010000, 0x400157FF // APB2
map 0x40020000, 0x4007FFFF // AHB1
map 0x50000000, 0x50060BFF // AHB2
map 0x60000000, 0xA0000FFF // AHB3
map 0xE0000000, 0xE00FFFFF // CORTEX-M4 internal peripherals

这样完整的初始化文件debug.ini是：

1. map 0x40000000, 0x40007FFF read write // APB1
   
2. map 0x40010000, 0x400157FF read write // APB2
   
3. map 0x40020000, 0x4007FFFF read write // AHB1
   
4. map 0x50000000, 0x50060BFF read write // AHB2
   
5. map 0x60000000, 0xA0000FFF read write // AHB3
   
6. map 0xE0000000, 0xE00FFFFF read write // CORTEX-M4 internal peripherals
   
7. 
   
8. FUNC void Setup (void) {
   
9.   xPSR = 1<<24;
   
10.   SP   = _RDWORD(0x08000000);
    
11.   PC   = _RDWORD(0x08000004);
    
12.   _WDWORD(0xE000ED08, 0x08000000);
    
13. }
    
14. 
    
15. Setup();

复制代码

现在可以顺利执行到用户代码init()了。


- - - - - - - - - - - - - - - - 华丽丽的分割线 - - - - - - - - - - - - - - - -

总结：
仿真STM32F4时，系统只是简单加载了程序文件，而没有做一下关键的几个初始化：
1）根据仿真文件设置PC和SP初始值
2）设置xPSR初始值
3）设置地址空间的权限。

所以我们需要建立初始化文件来完成上述三个关键初始化。初始化文件代码我在这里重复贴一遍：

1. map 0x40000000, 0x40007FFF read write // APB1
   
2. map 0x40010000, 0x400157FF read write // APB2
   
3. map 0x40020000, 0x4007FFFF read write // AHB1
   
4. map 0x50000000, 0x50060BFF read write // AHB2
   
5. map 0x60000000, 0xA0000FFF read write // AHB3
   
6. map 0xE0000000, 0xE00FFFFF read write // CORTEX-M4 internal peripherals
   
7. 
   
8. FUNC void Setup (void) {
   
9.   xPSR = 1<<24;
   
10.   SP   = _RDWORD(0x08000000);
    
11.   PC   = _RDWORD(0x08000004);
    
12.   _WDWORD(0xE000ED08, 0x08000000);
    
13. }
    
14. 
    
15. Setup();

复制代码

代码中map命令用来设置地址空间权限，Setup过程用来对CPU寄存器赋初始值。

湛无双

感谢楼主分享  这个问题以前遇到过 但是没有想过怎么解决 非常感谢楼主 虽然一般都是直接硬件仿真 但还是需要学习一下

湛无双

再次感谢 刚才试了一下 果然可以软件仿真了 并且试了一个LED灯反转的程序 发现可以通过示波器Logic Analyzer查看具体的波形

fnems

湛无双 发表于 2015-1-12 19:28
再次感谢 刚才试了一下 果然可以软件仿真了 并且试了一个LED灯反转的程序 发现可以通过示波器Logic Analyze ...

能硬件仿真肯定更方便，哈哈。
F103的版本还能看外设的具体配置，电脑仿真的时候Peripheral菜单下各个外设都能找到。
但F4系列都不再考虑模拟外设对话框了，所以相对来说排错的实用性降低了不少。

qs6361036

写的很仔细 ，楼主辛苦啦 ！

disheng

不错的资料，学习了

albert.hu

好像用207的一个型号就可以仿真了，反正代码是兼容的。楼主这个也很不错，就是这样的话看外设寄存器不方便

fnems

albert.hu 发表于 2015-1-12 21:42
好像用207的一个型号就可以仿真了，反正代码是兼容的。楼主这个也很不错，就是这样的话看外设寄存器不方便 ...

没有FPU怎么破呢？外设也不一样吧
感觉一般用F4都是冲着FPU、DSP指令和高SYSCLK速度去的，这些都没法简单替换

swortering

写的很详细,点赞,其实以前的版本都是可以软仿的.只是不知道为什么版本越高级,对工程师要求越高.

fnems

swortering 发表于 2015-1-29 22:36
写的很详细,点赞,其实以前的版本都是可以软仿的.只是不知道为什么版本越高级,对工程师要求越高. ...

高版本没用过，因为没找到keygen，哈哈～

以前试着在万能的坛里找过，但没找到。
如果有适用于高版本MDK的和谐文件，能上传一下或者给个链接吗？

N_EMBED

很详细的指导，感谢楼主。

godlovemei

学习了！！！！

mint

楼主很用心，不错不错

micheal147

好东西，楼主授人以鱼还授人以渔！

jorry

有用！！谢谢楼主分享！！

半片饼干

不错不错

ecorexian

楼主，用心了。