如何展开ARM Cortex M3堆栈

Question

当发生崩溃时，ARM Coretex STM32的HardFault_Handler只能获得几个寄存器值r0，r1，r2，r3，lr，pc，xPSR。但是堆栈中没有FP和SP。因此，我无法解开堆栈。这有什么解决方案吗？非常感谢。

[更新] 遵循web指令让ARMGCC（Keil uvision IDE）通过添加编译选项“--use_frame_pointer”生成FP，但我无法在堆栈中找到FP。我是一个真正的新手。以下是我的演示代码：

int test2(int i, int j)
{
    return i/j;
}

int main()
{
    SCB->CCR |= 0x10;
    int a = 10;
    int b = 0;
    int c;
    c = test2(a,b);
}

enum { r0 = 0, r1, r2, r3, r11, r12, lr, pc, psr};
void Hard_Fault_Handler(uint32_t *faultStackAddress)
{
    uint32_t r0_val = faultStackAddress[r0]; 
    uint32_t r1_val = faultStackAddress[r1];
    uint32_t r2_val = faultStackAddress[r2]; 
    uint32_t r3_val = faultStackAddress[r3];
    uint32_t r12_val = faultStackAddress[r12]; 
    uint32_t r11_val = faultStackAddress[r11]; 
    uint32_t lr_val =  faultStackAddress[lr];
    uint32_t pc_val =  faultStackAddress[pc];
    uint32_t psr_val = faultStackAddress[psr];
}

我这里有两个问题： 1.我不确定堆栈中FP（r11）的索引在哪里，或者它是否被推入堆栈。我假设它在r12之前，因为我在添加选项“--use_frame_pointer”之前和之后比较了汇编源。我还比较了从Hard_Fault_Handler读取的值，看起来r11不在堆栈中。因为我读取的r11地址指向代码不是我的代码的地方。 [更新]我已经确认FP被推入堆栈。第二个问题仍然需要回答。

请参阅下面的代码段：

没有选项“--use_frame_pointer”

test2 PROC
        MOVS     r0,#3
        BX       lr
        ENDP

main PROC
        PUSH     {lr}
        MOVS     r0,#0
        BL       test2
        MOVS     r0,#0
        POP      {pc}
        ENDP

使用选项“--use_frame_pointer”

test2 PROC
        PUSH     {r11,lr}
        ADD      r11,sp,#4
        MOVS     r0,#3
        MOV      sp,r11
        SUB      sp,sp,#4
        POP      {r11,pc}
        ENDP

main PROC
        PUSH     {r11,lr}
        ADD      r11,sp,#4
        MOVS     r0,#0
        BL       test2
        MOVS     r0,#0
        MOV      sp,r11
        SUB      sp,sp,#4
        POP      {r11,pc}
        ENDP

2.似乎FP不在Hard_Fault_Handler（）的输入参数faultStackAddress中，在哪里可以获取调用者的FP来展开堆栈？ [再次更新]现在我明白最后一个FP（r11）没有存储在堆栈中。我需要做的就是读取r11寄存器的值，然后我可以解开整个堆栈。所以现在我的最后一个问题是如何使用C的内联汇编程序读取它。我尝试了下面的代码，但是在参考http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0472f/Cihfhjhg.html之后无法从r11读取正确的值

volatile int top_fp;
__asm
{
    mov top_fp, r11
}

r11的值是0x20009DCC top_fp的值是0x00000004

[更新3]以下是我的全部代码。

int test5(int i, int j, int k)
{
    char a[128] = {0} ;
    a[0] = 'a';
    return i/j;
}
int test2(int i, int j)
{
    char a[18] = {0} ;
    a[0] = 'a';
    return test5(i, j, 0);    
}


int main()
{
    SCB->CCR |= 0x10;
    int a = 10;
    int b = 0;
    int c;
    c = test2(a,b); //create a divide by zero crash
}

/ *错误处理程序实现调用一个名为Hard_Fault_Handler（）的函数。 * /

#if defined(__CC_ARM)
__asm void HardFault_Handler(void)
{
   TST lr, #4
   ITE EQ
   MRSEQ r0, MSP
   MRSNE r0, PSP
   B __cpp(Hard_Fault_Handler)
}
#else
void HardFault_Handler(void)
{
   __asm("TST lr, #4");
   __asm("ITE EQ");
   __asm("MRSEQ r0, MSP");
   __asm("MRSNE r0, PSP");
   __asm("B Hard_Fault_Handler");
}
#endif

void Hard_Fault_Handler(uint32_t *faultStackAddress)
{
   volatile int top_fp;
   __asm
   {
       mov top_fp, r11
   }
   //TODO: use top_fp to unwind the whole stack.

 }

[更新4]最后，我做到了。我的解决方案注意：要访问r11，我们必须使用嵌入式汇编程序，请参阅here，这花费了我很多时间来弄明白。

//we have to use embedded assembler.     
__asm int getRegisterR11()
{
    mov r0,r11
    BX LR
}

//call it from Hard_Fault_Handler function.
/*
Function call stack frame:
   FP1(r11) ->    | lr |(High Address)
                  | FP2|(prev FP)
                  | ...| 
Current FP(r11) ->| lr |
                  | FP1|(prev FP)
                  | ...|(Low Address)

    With FP, we can access lr(link register) which is the address to return when the current functions returns(where you were).
    Then (current FP - 1) points to prev FP.
    Thus we can unwind the stack.
*/
void unwindBacktrace(uint32_t topFp, uint16_t* backtrace)
{
    uint32_t nextFp = topFp;
    int j = 0;

    //#define BACK_TRACE_DEPTH 5
    //loop backtrace using FP(r11), save lr into an uint16_t array.
    for(int i = 0; i < BACK_TRACE_DEPTH; i++)
    {
        uint32_t lr = *((uint32_t*)nextFp);
        if ((lr >= 0x08000000) && (lr <= 0x08FFFFFF))
        {
            backtrace[j*2] = LOW_16_BITS(lr);
            backtrace[j*2 + 1] = HIGH_16_BITS(lr);
            j += 1;
        }
        nextFp = *((uint32_t*)nextFp - 1);
        if (nextFp == 0)
        {
            break;
        }
    }
}

#if defined(__CC_ARM)
__asm void HardFault_Handler(void)
{
   TST lr, #4
   ITE EQ
   MRSEQ r0, MSP
   MRSNE r0, PSP
   B __cpp(Hard_Fault_Handler)
}
#else
void HardFault_Handler(void)
{
   __asm("TST lr, #4");
   __asm("ITE EQ");
   __asm("MRSEQ r0, MSP");
   __asm("MRSNE r0, PSP");
   __asm("B Hard_Fault_Handler");
}
#endif

void Hard_Fault_Handler(uint32_t *faultStackAddress)
{
       //get back trace
    int topFp = getRegisterR11();

    unwindBacktrace(topFp, persistentData.faultStack.back_trace);
}