Rust嵌入式编程---panic处理和异常处理

panic处理

我们之前学习过panic，这个部分对于Rust是非常重要的，例如索引等内置操作在运行时进行内存安全检查，当尝试超出边界索引时，这会导致恐慌。在标准库（Std）中，panic有一个定义的行为：它展开 panic 线程的堆栈，除非用户选择在 panic 时中止程序，否则会进行错误位置的一个堆栈定位。
但是，在没有标准库的程序中，恐慌行为是未定义的。可以通过声明函数来选择行为。此函数必须在程序的依赖关系图中只出现一次，并且必须具有以下签名：，其中 PanicInfo 是包含有关 panic 位置的信息的结构。#[panic_handler] fn(&PanicInfo) -> !
对于panic，有如下的一些常用种类：
1.panic_halt：死机会导致程序或当前线程通过进入无限循环而停止。
2.panic_abort：紧急导致中止指令被执行。
3.panic_itm：使用 ITM（一种特定于 ARM cortex-M 的外设）记录死机消息。
4.panic_semihosting：使用半主机技术将死机消息记录到主机，这个常用在qemu中，可以打印出错误信息。
这些panic的使用方法如下：
use panic_halt as _
use panic_semihosting as _
如果不重命名，编译器会警告说你有一个未使用的导入，当然不是错误，可以编译通过。
下面通过一个例子来理解一下，panic的使用方法，是一个数组访问越界的一个错误。

#![no_main]
#![no_std]

use panic_semihosting as _;
use cortex_m_rt::entry;
#[entry]
fn main() -> ! {
    let xs = [0, 1, 2];
    let i = xs.len() + 1;
    let _y = xs[i]; //访问越界，加下划线变量就是说未使用不警告。
    loop {}
}

出现以下运行结果，用的是semihosting，会打印输出
这里可以看到，对于panic，是程序运行时自动判断的，整个代码也就加了个semihosting的处理，使用起来很方便。你也可以试试其他类型的panic，观察结果的不同，其实也就是不同的panic处理方式。

异常处理

异常和中断是处理器处理异步事件和致命错误（例如执行无效指令）的硬件机制。异常意味着抢占，并涉及异常处理程序，即响应触发事件的信号而执行的子例程，这就是和。是硬件上的，而panic理解成软件上的，比如访问文件不存在啊、访问越界啊、除0操作等等，而且panic一般没有那么多处理方式，没有抢占和触发panic处理程序等等。cortex-m-rt crate 库提供了一个异常属性标志#[exception]用来声明一个异常处理。
SysTick是系统定时器，能产生周期性的中断。每当中断产生时，就执行处理函数SysTick()。系统定时器要能够产生定时中断，就要先初始化，设置时钟源，设置计数值，启动计数器，开启中断。
详细代码如下：

#![deny(unsafe_code)]
#![no_main]
#![no_std]

use panic_halt as _;
use core::fmt::Write;

use cortex_m::peripheral::syst::SystClkSource;
use cortex_m_rt::{entry, exception};
use cortex_m_semihosting::{
    debug,
    hio::{self, HStdout},
};

#[entry]
fn main() -> ! {
    let p = cortex_m::Peripherals::take().unwrap();
    let mut syst = p.SYST;

    //将系统计时器配置为每秒触发一次SysTick异常
    syst.set_clock_source(SystClkSource::Core);
    syst.set_reload(12_000_000);//周期 = 1s
    syst.clear_current();
    syst.enable_counter();//使能systick计数器
    syst.enable_interrupt();//使能中断
    loop {}
}

#[exception]
fn SysTick() {
    static mut COUNT: u32 = 0;
    static mut STDOUT: Option<HStdout> = None;

    *COUNT += 1;

    // Lazy initialization
    if STDOUT.is_none() {
        *STDOUT = hio::hstdout().ok();
    }

    if let Some(hstdout) = STDOUT.as_mut() {
        write!(hstdout, "{}", *COUNT).ok();
    }
    if *COUNT == 9 {
       //qemu中运行到第九秒暂停退出
        debug::exit(debug::EXIT_SUCCESS);
    }
}

终端打印123456789后退出。

默认异常处理程序

该属性的实际作用是覆盖特定异常的默认异常处理程序。如果不重写特定异常的处理程序，则该函数将由函数处理，该函数默认为：exceptionDefaultHandler

fn DefaultHandler() {
    loop {}
}

你可以在“默认处理程序”上放置断点并捕获未处理的异常，当然也可以重写和覆盖。

硬故障处理程序

当程序进入无效状态时，将触发此异常，因此其处理程序无法返回，因为这可能导致未定义的行为。此外，运行时crate在调用用户定义的处理程序之前会执行一些工作，以提高可调试性。处理程序的参数是指向由异常推送到堆栈中的寄存器的指针。这些寄存器是触发异常时处理器状态的快照，可用于诊断硬故障。HardFaultfn(&ExceptionFrame) -> !
下面是一个执行非法操作的示例：读取不存在的内存位置。该程序在QEMU上不起作用，即它不会崩溃，因为不会检查内存负载，并且会在读取无效内存时返回。

#![no_main]
#![no_std]

use panic_halt as _;
use core::fmt::Write;
use core::ptr;
use cortex_m_rt::{entry, exception, ExceptionFrame};
use cortex_m_semihosting::hio;

#[entry]
fn main() -> ! {
    // 读取不存在的内存地址，注意写法
    unsafe {
        ptr::read_volatile(0x3FFF_FFFE as *const u32);
    }
    loop {}
}

#[exception]
fn HardFault(ef: &ExceptionFrame) -> ! {
    if let Ok(mut hstdout) = hio::hstdout() {
        writeln!(hstdout, "{:#?}", ef).ok();
    }
    loop {}
}

处理程序打印值。如果运行此命令，您将在 OpenOCD 控制台上看到类似的内容。

该值是发生异常时程序计数器的值，它指向触发异常的指令，所以可以看一下pc的值指向的指令就是错误的地方。

这里可以看到，是因为ldr指令出现错误，也就是加载读取指令。