如何展开ARM Cortex M3堆栈

问题描述 投票：2回答：1

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);
}
crash arm stm32 cortex-m3
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在这种情况下展开堆栈的非常原始的方法是读取在HardFault_Handler时看到的SP之上的所有堆栈内存并使用arm-none-eabi-addr2line处理它。保存在堆栈中的所有链接寄存器条目都将转换为源代码行（请记住实际代码路径在LR指向之前的行）。注意，如果使用分支指令（b）而不是分支和链接（bl）调用其间的函数，则不会使用此方法看到它们。

（我没有足够的声誉点来写评论，所以我正在编辑我的答案）：

问题2的更新：

为什么你期望Hard_Fault_Handler有任何参数？ Hard_Fault_Handler通常是一个函数，地址存储在向量（异常）表中。发生处理器异常时，将执行Hard_Fault_Handler。这样做没有参与传递参与。但是，仍然会保留故障发生时的所有寄存器。具体来说，如果编译时没有省略帧指针，则只能读取R11（或Thumb-2模式下的R7）的值。但是，为了确保在您的代码中Hard_Fault_Handler实际上是一个真正的硬故障处理程序，请查看startup.s代码并查看Hard_Fault_Handler是否位于向量表中的第三个条目。如果还有其他函数，则意味着只显式地从该函数调用Hard_Fault_Handler。有关详细信息，请参阅此article。你也可以阅读我的blog :)有一个关于堆栈的章节，它基于Android的例子，但很多东西一般都是一样的。

还要注意，很可能在faultStackAddress中应该存储一个堆栈指针，而不是一个帧指针。

更新2

好吧，让我们澄清一些事情。首先，请粘贴您调用Hard_Fault_Handler的代码。其次，我想你是从真正的HardFault异常处理程序中调用它。在这种情况下，您不能指望R11将处于faultStackAddress [r11]。您已经在问题的第一句中提到过它。只有r0-r3，r12，lr，pc和psr。

你还写过：

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？

SP不在“堆栈中”，因为您已将其存在于其中一个堆栈寄存器（msp或psp）中。再次见到THIS ARTICLE。此外，FP对于展开堆栈并不重要，因为您可以在没有它的情况下执行此操作（通过“导航”通过已保存的链接寄存器）。另外一点是，如果您将内存转储到SP下方，那么如果您确实需要FP，则可以预期FP就在已保存的LR旁边。

回答你的上一个问题：我现在不知道你如何验证这段代码以及你如何调用它（你需要粘贴完整的代码）。您可以查看该功能的组装，看看幕后发生了什么。您可以做的其他事情是遵循this post作为模板。

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