Читаем про систему NVIC. Если кратко, то при переходе в колбэк ядро останется в режиме обработки прерываний (исключений). В ходе обработки прерывания может быть вызвано прерывание с более высоким приоритетом. Для решения этой проблемы нужно или повысить приоритет важного прерывания или просто запретить их на время обработки.
Подробно можно прочитать в книге The Designer's Guide to the Cortex-M Processor Family