关于c:关于arm的backtrace

应用场景 ：嵌入式跑死问题追溯
提供办法：打印函数的调用关系
backtrace 原理：

1. main 函数运行，main 函数调用 func1, func1 调用 func2...
2. 当函数调用产生时，会将 arm 的寄存器 PC/LR/SP/FP 顺次压栈，造成栈帧，本次的配角是 FP 寄存器
3. main 函数调用 func1, 会将 main 函数的栈帧起始地址放入 func1 的 FP 寄存器，即 func1 的 FP 寄存器指向栈中用于寄存 main 函数栈的起始地位，即 main 函数 PC 指针的前一个地位。如下图所示，留神图中的箭头

接下来咱们看下如下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

//-------------------- backtrace --------------------------

extern void backtrace(int fp);
extern int div(int a, int b);
extern int main(int argc, char **argv);

#define TOSTRING(x) #x
#define READ_REGISTER(var) __asm volatile("mov %[" TOSTRING(var) "]," TOSTRING(var) "\n\t" : [var] "=r" (var))
typedef uint32_t volatile *volatile vmemptr;
#define VMEM(x) (*(vmemptr)(x))

void backtrace(int fp)
{printf("\n-------- bt ------\n");

    if (fp == NULL) {printf("fp is NULL\n");
        return;
    }

    printf("bt fp: %p\n", fp);
    printf("bt fp - 4: 0x%08x\n", (void *) ((*(int *)(fp - 4))));

    backtrace((void *) ((*(int *)(fp - 4))));
}

int div(int a, int b)
{
    int c = ++a;
    int d = ++b;

    int e = a * b / c;

    printf("----- backtrace ----- %s\n", __func__);
    int fp = 0;
    // 2 methods of getting fp value
    READ_REGISTER(fp);
    printf("fp: %p\n", fp);
    printf("frame div: %p\n", __builtin_frame_address (0));
    backtrace(fp);

    printf("\n");
    return e;
}

int multi(int a, int b)
{
    int c = ++a;
    int d = ++b;

    int e = a * b * div(c, d);

    printf("frame multi: %p\n", __builtin_frame_address (0));
    return e;
}

int minus(int a, int b)
{
    int c = ++a;
    int d = ++b;

    int e = a - b - multi(c, d);

    printf("frame minus: %p\n", __builtin_frame_address (0));
    return e;
}
    
int add(int a, int b)
{
    int c = ++a;
    int d = ++b;

    int e = a + b + minus(c, d);

    printf("frame add: %p\n", __builtin_frame_address (0));
    return e;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int a = 5;
    int b = 4;
    int c = add(a, b);

    printf("frame main: %p\n", __builtin_frame_address (0));

    // compare the address of variables with frame pointer
    printf("func main:\t a: %p, b: %p, c: %p\n", &a, &b, &c);
    printf("func main:\t argc: %p, argv: %p\n", &argc, argv);

    printf("\n");
    return 0;
}

运行办法：

arm-linux-gnueabi-gcc main.c -o main -w -g
qemu-arm main

运行环境 ：Ubuntu18.04
运行后果：

留神看后果中各个子函数的 frame pointer，以及 backtrace 追溯时 FP 内容的变动

参考：

1. ARM FP 寄存器及 frame pointer 介绍

未完待续：

1. arm hardfault 寄存器及其 callback 解决
2. linux 中异样信号的捕捉