Arm Cortex-M4子程序异常：偶发无法进入BinaryCount问题排查

需求描述 #

• 按住按键时，依次让绿色、橙色、蓝色、红色LED各闪烁1秒
• 松开按键后，所有LED熄灭，程序等待再次按键
• 再次按键时进入BinaryCount子程序执行计数功能

问题现象 #

程序行为不稳定：有时功能符合预期，但有时始终无法进入BinaryCount子程序。

完整代码 #

主程序文件 #

.include "Equates.s"

        .syntax unified
        .text
        .global main
        .global Delay
        .global Top

Delay:    mov     r1,r3
          ldr    r2,=#0x000AAE60
          mul    r1,r2
Dloop:    subs    r1, #1
          bne     Dloop
          bx      lr

BlinkLed:   push    {lr}

Blink:
            mov             r3,#2
            bl      LEDGreenOn
            bl      Delay
            bl      LEDGreenOff
            bl      Delay
            bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            bne             ButtonNotPressed

            bl      LEDOrangeOn
            bl      Delay
            bl      LEDOrangeOff
            bl      Delay
            bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            bne     ButtonNotPressed

            bl      LEDBlueOn
            bl      Delay
            bl      LEDBlueOff
            bl      Delay
            bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            bne     ButtonNotPressed

            bl      LEDRedOn
            bl      Delay
            bl      LEDRedOff
            bl      Delay
            bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            beq     Blink
                bne             ButtonNotPressed


ButtonNotPressed:
            bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            bne     ButtonNotPressed
                bl              BinaryCount
            pop     {lr}
            b       Top

main:
            bl      InitButton
            bl      InitLEDs

Top:                bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            bne     Top
            bl      BlinkLed

            .end

按键驱动文件 #

.include "Equates.s"

        .syntax unified
        .text
        .global InitButton
        .global CheckButton


InitButton:

            ldr     r0,=RCC
            ldr     r1,[r0,AHBENR]
            orr     r1,#GPIOAEN
            str     r1,[r0,AHBENR]
            ldr     r0,=GPIOA
            ldr     r1,[r0,#MODER]
            bic     r1,#0x03
            str     r1,[r0,#MODER]
            bx      lr


CheckButton:

            ldr     r0,=GPIOA
            ldrh    r0,[r0,#IDR]
            and     r0,#0x01
            bx      lr

            .end

BinaryCount模块文件 #

.include "Equates.s"

        .syntax unified
        .text
        .global BinaryCount

BinaryCount:
            mov     r5,#-1

CountLoop:
            add     r5,#1
            cmp     r5,#15
            bgt     ResetCount
            ldr     r0,=GPIOB
            mov     r1,r5
            lsl     r1,r1,#6
            ldrh    r2,[r0,#ODR]
            bic     r2,#0x0FC0
            orr     r2,r1
            strh    r2,[r0,#ODR]
            mov     r3,#1
            bl      Delay
            bl      CheckButton
            cmp     r0,#1
            beq     CountLoop
            bl      AllLEDsOff
            b       Top

ResetCount:

            mov     r5,#0
            b       CountLoop

            .end

LED驱动文件 #

.include "Equates.s"

        .syntax unified
        .text
        .global InitLEDs
        .global LEDGreenOff
        .global LEDOrangeOff
        .global LEDBlueOff
        .global LEDRedOff
        .global LEDGreenOn
        .global LEDOrangeOn
        .global LEDBlueOn
        .global LEDRedOn
        .global AllLEDsOff

InitLEDs:

            ldr     r0,=RCC
            ldr     r1,[r0,AHBENR]
            orr     r1,#GPIOBEN
            str     r1,[r0,AHBENR]
            ldr     r0,=GPIOB
            ldr     r1,[r0,#MODER]
            bic     r1,#0x000FF000
            orr     r1,#0x00055000
            str     r1,[r0,#MODER]

            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            bic     r1,#0x03C0
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDGreenOn:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            orr     r1,#0x0200
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDGreenOff:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            bic     r1,#0x0200
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDOrangeOn:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            orr     r1,#0x0100
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDOrangeOff:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            bic     r1,#0x0100
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDBlueOn:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            orr     r1,#0x0080
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDBlueOff:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            bic     r1,#0x0080
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDRedOn:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            orr     r1,#0x0040
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

LEDRedOff:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            bic     r1,#0x0040
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

AllLEDsOff:
            ldr     r0,=GPIOB
            ldrh    r1,[r0,#ODR]
            bic     r1,#0x0FC0
            strh    r1,[r0,#ODR]
            bx      lr

            .end

问题定位与解决方向 #

1. 栈失衡导致程序流程混乱 #

BinaryCount子程序结尾直接跳转到Top，没有返回调用者BlinkLed，导致BlinkLed中压入栈的lr值从未被弹出，栈结构被破坏。后续再次进入BlinkLed时，lr值错误，无法正确跳转执行BinaryCount。

修复方案：

• 修改BinaryCount的结尾逻辑，将b Top改为bx lr，让子程序返回调用者：

  cmp     r0,#1
  beq     CountLoop
  bl      AllLEDsOff
  bx      lr  // 返回BlinkLed，而非直接跳Top
  

• 调整BlinkLed中的ButtonNotPressed代码块，确保调用BinaryCount后正确清理栈并跳转：

  ButtonNotPressed:
      bl      CheckButton
      cmp     r0,#1
      bne     ButtonNotPressed
      bl      BinaryCount
      pop     {lr}
      b       Top
  

2. 按键无消抖导致状态误判 #

机械按键按下/松开时存在抖动，短时间内会出现多次电平跳变，程序可能误判按键状态，导致流程异常。

修复方案：

• 在CheckButton函数中添加消抖逻辑，检测到电平变化后延时10ms左右再次确认状态：

  CheckButton:
      ldr     r0,=GPIOA
      ldrh    r1,[r0,#IDR]
      and     r1,#0x01
      mov     r3,#10  // 延时10ms，需根据Delay函数的参数调整
      bl      Delay
      ldrh    r2,[r0,#IDR]
      and     r2,#0x01
      cmp     r1,r2
      bne     CheckButton  // 状态不稳定，重新检测
      mov     r0,r1
      bx      lr
  

3. 冗余分支逻辑优化 #

Blink循环最后一个分支判断存在冗余代码，可简化为：

bl      CheckButton
cmp     r0,#1
beq     Blink
b       ButtonNotPressed

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user18688161