STM32H5 读取 UID 触发 HardFault 问题解析：MPU 缓存配置修复方案

STM32H5 系列 MCU 因搭载高性能总线架构与缓存机制，在默认配置下直接读取芯片 UID 会触发 HardFault 硬故障，该问题并非芯片硬件缺陷，而是UID 所在只读区域的缓存特性与芯片默认缓存策略冲突导致。本文基于 STM32H563 为例，详解问题根源、故障定位方法及核心修复方案，同时覆盖 OTP、EData 等同类特殊区域的适配要点，解决 STM32H5 特有的缓存访问冲突问题。

资料获取：读取STM32H5的UID触发hardfault问题分析

1. 问题现象与故障精准定位

1.1 典型问题表现

• 顶层故障：HardFault_Handler
• 触发源头：HAL_GetUIDw0（执行到 UID 地址读取指令时异常）

1.2 故障寄存器精准分析

1. 总线故障状态：SCB->CFSR 寄存器中 BFSR 段置位，标识为数据访问错误（PRECISERR），且 BFARVALID 位有效；
2. 故障地址：SCB->BFAR 寄存器值为0x08FFF800，该地址与 STM32H5 的 UID 基地址宏定义UID_BASE (0x08FFF800UL)完全一致；
3. 硬故障原因：因工程中未开启 Bus Fault 中断处理，芯片默认将未捕获的总线故障升级为 HardFault。

1.3 核心结论

2. 问题根源：STM32H5 的总线架构与缓存策略冲突

2.1 STM32H5 的存储区域访问规则

根据 STM32H5 参考手册 RM0481，Main AHB 接口管理三类存储区域，各区域的访问特性差异显著：

UID 的核心属性：STM32H5 的 UID 位于Flash 只读 (RO) 区域，属于上述第三类存储区域，硬件层面不支持缓存机制，强制缓存访问会触发总线错误。

2.2 工程默认配置的缓存冲突

这就形成了核心冲突：工程默认开启全局缓存，而 UID 所在的只读区域硬件不支持缓存，当代码读取 UID 地址时，CPU 尝试对该区域进行缓存访问，违反硬件访问规则，直接触发总线故障，最终升级为 HardFault。

2.3 同类问题扩展

3. 核心修复方案：配置 MPU 关闭 UID 区域的缓存特性

3.1 MPU 修复的核心逻辑

1. 禁用全局 MPU，重新配置内存属性；
2. 定义一个非缓存属性的 MPU 属性集，作为 UID 区域的访问规则；
3. 将 UID 所在的地址范围（0x08FFF800 ~ 0x08FFFFFF）配置为独立的 MPU 区域，绑定上述非缓存属性；
4. 开启 MPU，让配置生效，未被 MPU 覆盖的区域仍遵循芯片默认规则。

3.2 完整的 MPU 配置代码（基于 HAL 库）

#include "stm32h5xx_hal.h"

/**
  * @brief  配置MPU，关闭UID区域的缓存特性
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void MPU_Config_UID_Uncacheable(void)
{
  MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};
  MPU_Attributes_InitTypeDef MPU_AttributesInit = {0};

  /* 第一步：禁用MPU，确保配置过程无冲突 */
  HAL_MPU_Disable();

  /* 第二步：定义MPU属性集0 - 非缓存、只读 */
  MPU_AttributesInit.Number = MPU_ATTRIBUTES_NUMBER0;
  MPU_AttributesInit.Attributes = MPU_NOT_CACHEABLE; // 核心：关闭缓存
  HAL_MPU_ConfigMemoryAttributes(&MPU_AttributesInit);

  /* 第三步：配置UID所在的MPU区域（区域0） */
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;          // 启用该MPU区域
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x08FFF800UL;          // UID基地址
  MPU_InitStruct.LimitAddress = 0x08FFFFFFUL;         // UID所在的只读区结束地址
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_ALL_RO;// 全权限只读（UID不可写）
  MPU_InitStruct.AttributesIndex = MPU_ATTRIBUTES_NUMBER0; // 绑定非缓存属性集
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE; // 非共享（单核场景）
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;         // 分配MPU区域0
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE; // 禁止指令执行（纯数据区）
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

  /* 第四步：启用MPU，配置生效；未覆盖区域使用特权模式默认规则 */
  HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

3.3 修复后代码调用流程

uint32_t deviceserial0, deviceserial1, deviceserial2;

void ReadUIDTest(void)
{
  // 第一步：配置MPU，关闭UID区域缓存
  MPU_Config_UID_Uncacheable();
  // 第二步：正常读取UID，无HardFault
  deviceserial0 = HAL_GetUIDw0();
  deviceserial1 = HAL_GetUIDw1();
  deviceserial2 = HAL_GetUIDw2();
}

int main(void)
{
  // 系统初始化（HAL_Init、系统时钟、外设初始化等）
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  // 提前配置MPU，为后续UID读取做准备
  MPU_Config_UID_Uncacheable();
  // 业务代码：调用UID读取
  ReadUIDTest();
  while(1)
  {
    // 主循环逻辑
  }
}

4. 关键配置要点与细节说明

4.1 UID 区域的地址范围

4.2 MPU 属性的核心配置项

• MPU_NOT_CACHEABLE：必须配置，这是解决缓存冲突的核心，缺一不可；
• MPU_REGION_ALL_RO：UID 为芯片出厂固化的唯一标识，不可写，配置为只读可提升区域访问安全性；
• MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE：UID 区域为纯数据区，无指令代码，禁止指令执行可防止非法代码运行，符合安全规范。

4.3 MPU 的启用模式

4.4 多核心场景的适配

5. 同类特殊区域的适配方法

1. 查阅 STM32H5 参考手册，获取目标区域的基地址和结束地址；
2. 复制上述 MPU 配置函数，修改BaseAddress和LimitAddress为目标区域地址；
3. 保持MPU_NOT_CACHEABLE（非缓存）、MPU_REGION_ALL_RO（OTP/UID 为只读，EData 可根据需求配置为可写）等核心属性不变；
4. 若多个特殊区域需适配，可分配不同的 MPU 区域编号（如区域 1、区域 2），绑定相同的非缓存属性集。

6. 问题排查与避坑指南

6.1 配置 MPU 后仍触发 HardFault

• 原因 1：MPU 配置函数执行在 UID 读取之后，未提前生效；
• 原因 2：UID 区域的地址范围配置错误（如结束地址小于0x08FFF800）；
• 原因 3：MPU 属性未正确配置为MPU_NOT_CACHEABLE（误配为可缓存）；
• 解决：将 MPU 配置放在程序最开头，核对地址范围与属性配置，通过调试器确认 MPU 寄存器配置生效。

6.2 开启 MPU 后其他区域访问异常

• 原因：禁用 MPU 后未重新启用，或启用模式错误（如使用MPU_HARDFAULT_DEFAULT，未覆盖区域触发硬故障）；
• 解决：确保配置完成后调用HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT)，该模式为最安全的默认启用模式。

6.3 移植代码到其他 STM32H5 型号后故障复现

• 原因：不同 STM32H5 型号的 UID 基地址可能存在细微差异（需以对应型号的参考手册为准）；
• 解决：替换为目标型号的UID_BASE宏定义，而非硬编码0x08FFF800。

6.4 关闭 ICache 后问题消失，是否可替代 MPU 配置？

• 结论：不建议！关闭 ICache 会导致 STM32H5 的代码运行效率大幅下降（尤其是 Flash 中运行的代码），违背芯片的高性能设计初衷；
• 核心原则：ICache 为全局性能优化配置，应保留开启，仅通过 MPU 修改特殊区域的局部缓存策略，实现 “性能与兼容性兼顾”。

STM32H5 读取 UID 触发 HardFault 的本质是全局缓存默认规则与 UID 所在只读区的硬件非缓存特性冲突，该问题是 STM32H5 高性能总线架构带来的特有问题，并非芯片缺陷。

在 STM32H5 的开发中，需重点关注差异化存储区域的访问规则，避免直接沿用传统 STM32 系列的开发习惯，通过 MPU 实现内存区域的精细化管理，是解决此类总线访问冲突的通用且最优方案。