Все оказалось гораздо проще. В исходниках (файл os_cpu_a.asm) в обработчике системного прерывания OS_CPU_PendSVHandler оказалась закомментированной строка
CBZ R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave ; Skip register save the first time
и программа, естественно, по первому разу улетала далеко-далеко, потому что в первый раз PSP - нуль.
Убрал комментарий, и все заработало...