Cortex-M处理器中异常返回时BX LR指令的工作机制

ARMv7-M进入异常时，会在栈推送完成后设置LR值：

if CurrentMode==Mode_Handler then
    LR = Ones(28):'0001';   // 对应 0xFFFFFFF1
else
    LR = Ones(29):CONTROL.SPSEL:'01'; // 比如SPSEL=1时为0xFFFFFFF9

这些值看起来不是有效内存地址，但实际上是ARM架构定义的异常返回控制编码，而非普通分支地址。

一、异常返回的触发逻辑 #

根据ARMv7-M架构手册：

BX也可用于异常返回。
当处理器处于Handler模式，且以下指令之一将0xFXXXXXXX值加载至PC时，会发生异常返回：

• 包含加载PC的POP/LDM指令。
• 以PC为目标的LDR指令。
• 使用任意寄存器的BX指令。

这里的0xFXXXXXXX是异常返回标记的特征（高4位为1），当BX LR执行时，处理器识别到LR中的值符合这个特征，就会触发异常返回流程，而非尝试跳转到这个“地址”。

二、BX LR如何完成返回？ #

执行BX LR时，处理器不会把LR的值当作分支地址，而是执行以下操作：

1. 读取LR中的控制编码，确定返回后使用的栈指针（MSP/PSP）和执行模式
2. 从栈中自动恢复NVIC之前保存的上下文（包括中断前的PC返回地址、寄存器状态等）
3. 将栈中保存的返回地址加载到PC，回到中断发生前的执行位置

三、为什么需要BX指令？ #

NVIC负责的是上下文的自动压栈与出栈，但异常返回的触发必须通过显式指令：

• 架构要求必须通过“加载PC”的操作来触发返回流程，这是处理器识别异常返回的唯一方式
• BX LR是最便捷的触发方式，因为LR在异常进入时已经被自动配置好了返回控制编码
• 没有这条指令，处理器会一直停留在Handler模式，无法回到原执行流程

简单总结：LR里的是“触发异常返回”的控制暗号，BX LR是启动这个流程的开关，真正的返回地址早就存在栈中，处理器会自动读取栈中的值完成跳转。

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