大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是Cortex-M中斷向量表原理及其重定向方法。
接着前文 《嵌入式Cortex-M裸機環境下臨界區保護的三種實現》 繼續聊，嵌入式代碼設計里有時候一些特殊操作（比如 XIP 下 Flash 擦寫、低功耗模式切換）不能被隨意打斷，或者一些共享數據區不能被無序訪問（A 任務正在讀，B 任務卻要寫），這時候我們可以利用系統全局中斷開關控制來實現所謂的臨界區保護。
但有些場景下開關系統全局中斷這種方法並不總是很湊效，比如 XIP 下 Flash 擦寫這種情況，如果項目里還有一個后台定時器（比如SysTick）在實時運行，擦除 Flash 期間（這個時間可能會很長）我們直接關閉系統全局中斷，會導致定時器中斷無法響應，系統計時會出偏差，對於這種情況，我們顯然不能關閉系統全局中斷。
為了在 Flash 擦寫期間系統還能夠及時響應定時器中斷（執行中斷響應函數），我們需要將定時器中斷響應函數及其相關代碼像 Flash IAP 操作代碼一樣都鏈接到 RAM 里執行，此外還需要將中斷向量表也重定向到 RAM 里才行。今天痞子衡就來聊一聊重定向中斷向量表的方法：
一、Cortex-M中斷向量表簡介
熟悉 ARM Cortex-M 處理器的朋友應該都對下面這張表有所了解，這就是中斷向量表，表中每個向量大小都是 4 字節，除了第 0 個向量外，其余向量都是函數地址，這個表集中保存了系統全部的中斷處理函數（xxxIRQHandler）地址。
對於內嵌 Flash 的 MCU 來說，初始中斷向量表一般會被要求固定鏈接到 Flash 起始地址處，因為系統啟動總是從 Flash 起始地址獲取第 0（初始棧）、1個向量（初始PC，復位函數ResetHandler）來開始應用程序代碼的執行。對於一些包含 BootROM 或者沒有內部 Flash 的 MCU，初始中斷向量表也許可以放到 Flash 中的其他地址處，這要取決於具體芯片設計。
當應用程序執行起來后，如果發生了中斷，系統會根據發出請求的外設中斷號來中斷向量表里找到對應的外設中斷響應函數並去執行。Cortex-M 內核（除了CM0）模塊 SCB 里有個專門的 VTOR 寄存器用來控制中斷向量表首地址（注意，地址需要 128 字節對齊），程序運行起來后用戶可以配置 SCB->VTOR 寄存器來重設中斷向量表地址。
二、重定向中斷向量表的方法
現在我們以恩智浦 i.MXRT1170 型號為例介紹重定向中斷向量表的方法，在 \SDK_2.9.1_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\led_blinky\cm7\iar 工程上示例。
2.1 與中斷向量表相關的文件
這個 led_blinky 工程里跟中斷向量表有關的一共兩個文件，一是 startup_MIMXRT1176_cm7.s 啟動文件，這里面存放了中斷向量表實體定義，以及復位函數 ResetHandler()，從復位函數里你可以看到上來就先重置了一遍 SCB->VTOR 寄存器。
THUMB
PUBWEAK Reset_Handler
SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
Reset_Handler
CPSID I ; Mask interrupts
LDR R0, =0xE000ED08 ; 即 SCB->VTOR
LDR R1, =__vector_table ; section .intvec 段首地址
STR R1, [R0]
LDR R2, [R1]
MSR MSP, R2
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
CPSIE I ; Unmask interrupts
LDR R0, =__iar_program_start
BX R0
復位函數里用到的 __vector_table 值取決於 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.icf 鏈接文件里如下語句設置。由於 i.MXRT1170 沒有內部 Flash，分配給外部 NOR Flash （掛在 FlexSPI1 外設上）的系統映射起始地址是 0x30000000，而 0x30002000 是 BootROM 能支持的應用程序初始中斷向量表地址之一（在 IVT 啟動頭里指示）。
define symbol m_interrupts_start = 0x30002000;
define symbol m_interrupts_end = 0x300023FF;
define exported symbol __VECTOR_TABLE = m_interrupts_start;
place at address mem: m_interrupts_start { readonly section .intvec };
編譯工程后在對應生成的 iled_blinky_cm7.map 映射文件里可以找到初始中斷向量表最終鏈接地址。為了便於后續分析問題，我們將定時器中斷響應函數地址也一並列出來：
*******************************************************************************
*** PLACEMENT SUMMARY
***
"A0": place at address 0x3000'2000 { ro section .intvec };
Section Kind Address Size Object
------- ---- ------- ---- ------
"A0": 0x400
.intvec ro code 0x3000'2000 0x400 startup_MIMXRT1176_cm7.o [1]
- 0x3000'2400 0x400
*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***
Entry Address Size Type Object
----- ------- ---- ---- ------
SysTick_Handler 0x3000'5767 0x10 Code Gb led_blinky.o [1]
__VECTOR_TABLE {Abs} 0x3000'2000 Data Gb <internal module>
__Vectors 0x3000'2000 -- Gb startup_MIMXRT1176_cm7.o [1]
__Vectors_End 0x3000'2400 Data Gb startup_MIMXRT1176_cm7.o [1]
__Vectors_Size {Abs} 0x400 -- Gb startup_MIMXRT1176_cm7.o [1]
__vector_table 0x3000'2000 Data Gb startup_MIMXRT1176_cm7.o [1]
2.2 中斷重定向函數示例
定時器中斷響應函數 SysTick_Handler() 鏈接在 Flash 里顯然是不行的，我們利用 IDE 特性（對於IAR，是 __ramfunc 修飾符）將其鏈接到 RAM 里（MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.icf 里定義了 TEXT2_region: 0x0 - 0x3FFFF 空間存放 section .textrw 段）， 重新編譯工程，查看映射文件可以看到新分配的地址是 0x1。
__ramfunc void SysTick_Handler(void)
{
if (g_systickCounter != 0U)
{
g_systickCounter--;
}
}
*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***
Entry Address Size Type Object
----- ------- ---- ---- ------
SysTick_Handler 0x1 0x14 Code Gb led_blinky.o [1]
現在我們嘗試在代碼里純手工搬移中斷向量表，找一塊空閑的 RAM 區域（比如 0x20000000 - 0x200003FF），將中斷向量表內容直接手工拷貝過去即可，示例代碼如下。主函數里一開始就調用一下這個 relocate_vector_table() 函數即可，修改后的工程下載進板卡運行一切正常，表明中斷向量表重定向操作成功了。
extern uint32_t __VECTOR_TABLE[];
void relocate_vector_table(void)
{
__disable_irq();
// 將 0x30002000 處的初始中斷向量表拷貝到新地址 0x20000000
memcpy((void *)0x20000000, (void *)__VECTOR_TABLE, 0x400);
// 將 VTOR 指向 0x20000000
SCB->VTOR = 0x20000000;
__enable_irq();
}
int main(void)
{
relocate_vector_table();
// 其余代碼
}
至此，Cortex-M中斷向量表原理及其重定向方法痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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