摘要：本文将会和读者分享LiteOS 5.0版本中Cortex-M架构的backtrace软件原理及实现，供大家参考和学习交流。 原理介绍 汇编指令的执行流程
图 1 汇编指令的执行顺序
上图1所示，ARM的汇编指令执行分三步：取值（fetch）、译指（decode）、执行（execute），按照流水线的方式执行，即当运行指令节拍m时，pc会指向n+2汇编指令地址进行取指令操作，同时会将n+1处汇编指令翻译成对应机器码，并执行指令n。
内存中栈的布局
图 2 栈在内存中的布局
LiteOS Cortex-M架构的栈布局如上图2，栈区间在内存中位于最末端，程序运行时从内存末端（栈顶）开始进行递减压栈。LiteOS的内存末端为主栈空间（msp_stack），LiteOS进入任务前的初始化过程及中断函数调用过程的栈数据保存在此区间内，主栈地址空间往下为任务栈空间（psp_stack），任务栈空间在每个任务被创建时指定，多个任务栈空间依次排列。一个任务中可能包含多个函数，每个函数都有自己的栈空间，称为栈帧。调用函数时，会创建子函数的栈帧，同时将函数入参、局部变量、寄存器入栈。栈帧从高地址向低地址生长。
寄存器数据入栈流程ARM为了维护栈中的数据设计了两个寄存器，分别为fp寄存器（framepointer，帧指针寄存器）和sp寄存器（stack pointer，堆栈寄存器）。fp指向当前函数的父函数的栈帧起始地址， sp指向当前函数的栈顶。通过对sp寄存器的地址进行偏移访问可以得到栈中的数据内容，通过访问fp寄存器地址可以得到上一栈帧的起始位置，进而计算出函数的返回地址。由于Cortex-M没有fp寄存器，若想获得函数入口地址只能通过sp地址偏移找到lr寄存器（link register，链接寄存器，指向当前函数的返回地址），并结合函数入口的push指令计算得出。lr寄存器会在每次函数调用时压入栈中，用以返回到函数调用前的位置继续执行。函数调用执行流程引用自Joseph Yiu的《Cortex-M3 权威指南》，如下图3所示。
图 3 函数调用执行流程
如函数调用执行流程所示，程序进入一个子函数后，通常都会使用push指令先将寄存器的值压入栈中，执行完业务逻辑后再使用pop指令将栈中保存的寄存器数据出栈并按顺序存入对应的寄存器。当程序执行bl跳转指令时，pc中的值为bl指令后的第二条指令的地址，减去一条汇编指令的长度后为bl后第一条指令的地址，即lr值。程序在进入Fx1前，bl或blx指令会将此lr值保存到lr寄存器，并在进入Fx1函数时将其压入栈中。例如有如下汇编指令：
800780e: 6078 str r0, [r7, #4] 8007810: f7ff ffe0 bl 80077d4 <test_div> 8007814: f7f9 fe68 bl 80014e8 <OsTickStart>