一個關于使用STM32F4芯片CCM RAM時的異常分析

小融一號

前言

有客戶用STM32F427芯片，程序將CSTACK放在CCM RAM中，結果測試過一段時間的板子都出現了不能正常運行的情況。這個現象一度讓我們懷疑是否是CCM RAM在測試過程中遭到了破壞，導致我們在解決問題的道路上浪費了不少時間。

事實證明STM32的CCM RAM并沒有那么脆弱，而解決問題時盡力從多個角度進行驗證，不放過所有可能出問題的環節之心態更為重要。

在具體討論問題的原因之前，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。但仔細看系統架構圖會發現F3和F4的CCM RAM還是有不一樣的地方。如下面是STM32F303和STM32F427的架構圖：

F3和F4的CCM RAM都只能被內核訪問，DMA主設備沒有連接到CCM RAM，所以不能訪問它。從上圖我們還能看到，對于F303的CCM RAM它連接到了數據總線和指令總線上，所以32F303的CCM RAM既可以放數據也可以執行代碼。但32F427的CCM RAM只連接到了數據總線，所以F427的CCM RAM不能執行代碼。這一點需要注意。

數據和代碼放在CCMRAM的好處是，訪問和執行的速度更快。stmcu.com.cn網站上可以下載到AN4296的中文版本，這篇應用手冊里詳細說明了怎么從F303的CCM RAM里執行代碼。在這里就不再贅述了。下面接著講講前面在32F427上遇到的異常問題。

問題描述

客戶的產品做了一段時間的測試后發現一批板子全部出問題。客戶方面進行分析后用了一段簡單的點燈程序進行測試，發現當CSTACK放在不同的位置時程序表現不一樣。CSTACK放在SRAM中時，工作正常，但放在CCM RAM中就不能正常運行。從這個現象看很像是CCM RAM出問題了，且恰好只有經過測試的板子有問題，其他板子都沒有問題。

測試過程

拿到客戶的板子和測試代碼后很容易就重現了客戶描述的現象。

首先檢查了客戶測試代碼中的link文件。發現link文件寫的沒錯。【IAR環境】

/*###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CCMRAM_region,然后通過”place in CCMRAM_region{block CSTACK};” 聲明將CSTACK放在CCM RAM中。但在接下來的測試中發現了一些新的現象。

測試一：

首先測試過程中發現板子連著ST-LINK在debug狀態下時，能正常運行。

只有斷開ST-LINK,重新上電后就不能正常工作了。

測試二：

為了確認CCM RAM是不是真的壞了。另外寫了一個程序，將CSTACK放在SRAM中，然后在程序運行的時候對CCM RAM地址空間進行遍歷，對地址0x10000000 到0x1000FFFF空間逐次進行讀寫操作。發現程序正常運行，CCM RAM的讀寫正常。

實驗做到這里，基本可以確定CCM RAM沒有損壞。但為什么CSTACK不能放到CCM RAM中呢？

然后我們又做了第三個實驗。

測試三：

對比拿到的壞板子的Optionbytes的值與默認值。逐個檢測不同的位是否和問題相關。發現BFB2這位的狀態會影響程序的運行。如果清除該位，即使將CSTACK放在CCM RAM中，程序也能正常運行。

原因分析

從上面的測試結果，發現問題跟Option bytes中的BFB2的狀態有關。查詢BFB2位的作用后搞清了問題的原因。我們先來說說BFB2做什么用。STM32F427的Flash支持雙Bank. BFB2可以用來切換啟動時從Bank2啟動。我們來看看參考手冊中的描述：

如果想從Flash Bank2啟動，必須將BFB2位置1。如果此時boot引腳的配置是從用戶Flash啟動，芯片將先從系統bootloader啟動，然后跳轉到Bank2執行。

然后在應用筆記AN2606中，我們看到BFB2置1時的啟動流程，發現了問題所在。見下圖：

當BFB2置1時，在跳轉到用戶代碼（Bank2或者Bank1）之前，系統bootloader會檢查棧頂的位置是否在SRAM區域，也就是檢查是否落在0X20000000開頭的地址。如果不是，就會一直停在bootloader中，不繼續執行。這也就是我們前面看到的程序不能正常運行的原因。

當將BFB2位清除后，問題馬上解決了。而且對比當CSTACK設置在CCM RAM時還能正常工作的板子，發現這一位都是沒有置1的。

找到程序不能正常運行原因后，我們就從錯誤的方向回到正途，開始尋找Option bytes被修改的原因了。

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