jcmvbkbc

g++  ...   src/core_cm3.c src/system_stm32f10x.c -o build/main

src/core_cm3.c: Assembler messages:
src/core_cm3.c:447: Error: no such instruction: `mrs %eax,psp'

На какой системе ты выполняешь сборку, на x86? Тогда чтобы получить код для arm тебе нужен не g++, а какой-нибудь arm-linux-gnueabi-g++.

Вопрос номер раз: как такое вообще произошло?

Насколько я понимаю STM32F207xx не поддерживает инструкцию uxtah, потому что это инструкция Thumb2 не реализованная в CortexM3.

Вопрос номер два: как такое фиксить?

Подозреваю, что ключом -march=, вероятно -march=armv6.

С чем связана ошибка «failed execute mi command»?

Скорее всего -- с багом в отладчике.
Попробуй то же самое, но с программой собранной с -O0 или -Og.

P.S. выделение памяти в прерываниях зло и т.д. ага.

Дело говоришь. Вообще какая-либо существенная работа в обработчике прерывания -- зло. Избегай этого по возможности.

Так вот, что бы не проставлять кучу __disable_irq(); __enable_irq();

А никак иначе. Но обычно есть возможность делать не disable/enable а save+disable/restore, т.е. запрещать прерывания, одновременно возвращая текущее состояние запрета и восстанавливать это состояние.

#define SERVO_180 8200
#define SERVO_0 1800
void set_pos(uint8_t pos) {
  uint32_t tmp = (SERVO_180 - SERVO_0) / 180;
  TIM2->CCR2 = SERVO_0 + tmp * pos;
}

Фуфуфу, сначала умножать, потом делить, иначе потеряете в точности и получите большой недобор на больших углах.
Кроме того, сдаётся мне, что эта формула должна выглядеть так:

uint32_t tmp = ((SERVO_180 - SERVO_0) * pos) / 180 + SERVO_0;
  TIM2->CCR2 = tmp;

не?

сервопривод начинает сходить с ума

Вы бы описали, как именно.