Unwinding Stack on Cortex-M with FreeRTOS: Handling Interrupts and Stopping Conditions

I am writing an unwinder for a Cortex-M (an ARM processor) running FreeRTOS. It mostly works, and I can trace the stack in many cases, but I have encountered a few issues that I haven’t been able to resolve.

  1. Unwinding After an Error Interrupt:

    I need to unwind after an error interrupt to retrieve the call trace. I’ve noticed that several registers are pushed between the address indicated by the frame pointer (FP) and the address where the next frame pointer is located. I don’t know how to determine the offset to retrieve the next frame pointer (and the link register, LR, for backtrace). The number of pushed registers varies between compilations, likely due to optimizations.

    The offset between the two frame pointer

  2. Stopping Condition for Unwinding:

    When I hardcode the starting address, the unwinding seems mostly correct, but I am unsure when to stop the unwinder. I suspect it should stop at the program’s entry point, which I can retrieve in some way. However, in practice, it seems like it should stop when LR = FP. This is based on my observations, and I would appreciate any authoritative sources or explanations on this topic.

    Successfull unwinding by hand

I tried to use libgcc’s _Unwind_Backtrace function with the compilation flag -funwind-tables but it does not work great. So I decided to write the unwinder on my own :


unwind.h

#define CALL_STACK_SIZE 10u

// TODO : Change the registers to use an array for r0-r3
typedef struct {
    uint32_t r0;
    uint32_t r1;
    uint32_t r2;
    uint32_t r3;
    uint32_t sp;
    uint32_t lr;
    uint32_t pc;
    uint32_t xpsr;
    uint32_t cfsr;
    uint32_t hfsr;
    uint32_t call_stack[CALL_STACK_SIZE];
} savedRegisters_t;

unwind.c

savedRegisters_t IN_CORE_DATA_SECTION saved_registers = {0};

void IN_CORE_TEXT_SECTION SaveCallStack() {
    volatile uint32_t* call_stack_ptr = saved_registers.call_stack;

    volatile uint32_t lr = 0;

    volatile uint32_t fp = 0;

    volatile uint32_t i = 0;

    // Restore the `fp` value before the entry in `SaveCallStack` function from interrupt handler. (I don't know why is the offset 24 but it works)
    // Warning /! : maybe it is compiler dependent)
    __asm volatile (
        "add %0, r7, #24"
        : "=r" (fp)
    );

    do {
        if (i == 1) {
            // The same code as when `i` != 1 but with a different offset (hardcoded but this need to change to fit ARM interrupt logic)
            __asm volatile (
                "ldr r0, [%1, #12]                  n" // 12 is the offset that is hardcoded when i == 1
                "mov %0, r0                         n"
                "ldr r1, [%1]                       n"
                "mov %1, r1                         n"
                : "=r" (lr), "+r" (fp)
            );
        } else {
            __asm volatile (
                "ldr r0, [%1, #4]                   n" // Get LR at [FP] + 1
                "mov %0, r0                         n" // Save LR into `lr`
                "ldr r1, [%1]                       n" // Get the new FP
                "mov %1, r1                         n" // Set it into `fp`
                : "=r" (lr), "+r" (fp)
            );
        }

        // Save lr into the array of `saved_registers`
        call_stack_ptr[i] = lr;

        i++;
    } while (i < CALL_STACK_SIZE && fp != lr);
}

Any insights or references on these issues would be greatly appreciated.

Thank you!

New contributor

Theo Bessel is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật