ARM系统中断向量表的动态配置

通常情况下32位ARM嵌入式系统的中断向量表是程序编译前设置好的。在编写32位ARM 嵌入式系统的中断

服务程序、设置和修改ARM体系结构的中断向量表时，常感到相当麻烦，不得不修改汇编代码，对不喜欢

使用汇编代码编程的程序员尤其如此。 当需要在程序运行过程中动态修改中断向量的程序时会感到更为

不便，不得不增加很多分支处理指令才能实现。为此本文提出一种简便高效的配置方法，实现了 ROM固

化程序在运行时动态配置ARM嵌入式系统中断向量表的功能。
1 ARM中断向量两种设置方法
在32位ARM系统中，一般都是在中断向量表中放置一条分支指令或PC寄存器加载指令，实现程序跳转到中

断服务例程的功能。例如：
IRQEntry B HandleIRQ ;跳转范围较小
B HandleFIQ
或IRQEntry LDR PC,=HandleIRQ ;跳转的范围是任意32位地址空间
LDR PC，=HandleFIQ
LDR伪指令等效生成1条存储读取指令和1条32位常数定义指令。32位常数存储在LDR指令四周的存储单元

中，相对偏移小于4KB。该32位数据就是要跳转到的中断服务程序入口地址。
之所以使用LDR伪指令，是因为ARM的RISC指令为单字指令，不能装载32位的立即数 （常数），无法直接

把一个32位常数数据或地址数据装载到寄存器中。下面一般程序与上述伪指令功能等效，但中断向量表

描述得更为清楚。其中 VectorTable为相对LDR指令的偏移量：
IRQEntry LDR PC,VectorTable 0
;与LDR PC，=HandleIRQ等效
LDR PC，VectorTable 4
;与LDR PC，=HandleFIQ等效
……
VectorTable DCD HandleTRQ
DCD HandleFIQ
……
HandleIRQ
……
HandleFIQ
一般ARM嵌入式系统的程序都是固化在从00000000H开始的低端ROM空间中，中断 向量表VectorTable也是

固化在ROM中，所以上述两种方法都无法在程序运行时动态随机修改中断向量表。不论对于初学ARM处理

器的程序员还是有 经验的程序员，设置中断向量都相当繁琐，必须修改ARM的C程序的启动代码。一段晦

涩的汇编代码很不方便，比较轻易出错。
2 X86与ARM处理器中断向量表比较
实模式X86程序员都熟悉，在X86体系结构的PC系统中，不论是用汇编还是用C语言，都可以动态随机地设

置、修改中断向量表—只需要简单地把中断程序例程的入口地址写入到中断向量表数据区，即可完成向

量表的设置。
X86向量表设置方便的原因有两个。其一是中断向量表与程序代码完全分离，中断向量表设置 在RAM数据

空间，向量表存放的数据是纯粹地址数据；而在ARM向量表中存放的是与中断服务例程入口有关的一条分

支指令。另一个原因是，除BIOS外，大 多数PC程序都是在运行时加载到RAM中的，程序数据是不加区别

的，所以可以很轻易在程序运行的过程中从数据生成程序，并可以很轻易把CPU控制权转到新 生成的程

序中。
表面上看，在ARM第二种中断向量设置方法的向量表VectorTable中也是纯地址数 据，不含指令代码，似

乎可以把VectorTable设置在RAM数据段中。然而一般ARM体系的ROM代码段和RAM数据段间的偏移远大于2

12，故超出了LDR使用PC为基址的相对寻址范围。
代码中的VectorTable是一个与当前PC间的一个偏移，LDR指令的相对地址是在 编译时计算的，要求

VectorTable<2 12,所以VectorTable不能随意安排在RAM空间中。VectorTable一般只能安排在中断跳转

指令四周的代码区内中。
3 ARM结构中中断向量表的动态配置方法
要在ARM结构中实现与X86中一样方便的在中断向量的随机存取功能，向量表的地址数据必须可以安排在

任意32位地址的RAM空间中。为此，中断处理必须增加一条指令，先跳转到向量表，然后执行向量表中动

态生成的跳转指令，跳转到中断服务程序，参见下列初始化代码：
；******向量表******
ENTRY
B ResetHandle ;原向量偏移 ，中断号
B ReseHandle ;0x00 ,00
LDR PC,=NewVectorTable 0x08 ;0x04,未定义 ，01
LDR PC，=NeWVector Table 0x10 ;0x08,SWI,02
LDR PC,=NewVectorTable 0x18 ;0x0c,未定义 ，03
LDR PC，=NewVectorTable 0x20 ;0x10,未定义 ，04
LDR PC，=NewVectorTable 0x28;0x14,未定义 0，05
LDR PC,=NewVectorTable 0x30 ;0x18,IRQ ;06
LDR PC,=NewVectorTable 0x38 ;0x1c,FIQ ,07
……
；******代码段******
ResetHandle

……

；***数据段，为NewVectorTable分配数据空间***

NewVectorTable # 128;大小根据需要定义，每向量2个字（8字节）；

程序运行时，中断服务的初始化 程序必须设置好新的中断向量表，即在NewVectorTable表中动态生成下
列指令：

NewVectorTable;表安排在RAM顶端0x0c1fff00处（由硬件设定）

LDR PC，[PC，#4]；指令代码为0xe51ff004,功能为PC〈-[PC 4]

nVt00 DCD ISR_RESET_HANDLE

LDR PC,[PC,#4];与LDR PC，nVt01指令等效

nVt01 DCD ISR_UNDEF_HANDLE

LDR PC,[PC,#4]

nVt02 DCD ISR_SWI_HANDLE

LDR pC,[PC,#4]

nVt03 DCD ISR_UNDEF_HANDLE

LDR PC,[PC,#4]

nVt04 DCD ISR_UNDEF_HANDLE

LDR PC,[PC,#4]

nVt05 DCD ISR_UNDEF_HANDLE

LDR PC,[PC,#4]

NVt06 DCD ISR_IRQ_HANDLE

LDR PC,[PC,#4]

nVt07 DCD ISR_FIQ_HANDLE

……

可用C函数在NweVectorTable中生成含上述指令的向量表，具体实现如下：

#define VECTOR_TABLE 0x0c1fff00

//向量表首地址，根据实际硬件来配置

#define INSTRUCTION_LDR_PC 0xe51ff004

//加载PC寄存器的指令码

//设置向量C函数，ISR_Handle中断服务程序地址

void SetVector(unsigned char no,unsigned long int ISR_Handle){

unsigned long int * pVectorTable;

//定义32位无符号数指令，指向向量表

pVectorTable=((unsigned long int *)(VECTOR_TABLE (no<<3)));

*pVectorTable =INSTRUCTION_LDR_PC;

//在向量表中放置LDR PC，[PC，#4]指令

*pVectorTable=ISR_Handle;//设置中断服务例程入口地址}

//读取向量C函数，no代表中断号

unsigned long int GetVector(unsigned char no){

unsigned long int *pVectorTable;

pVectorTable=((unsigned long int *)(VECTOR_TABLE (no<<3)));

return *( pVectorTable);//返回中断处理程序入口地址

}

使用上述初始化代码和向量设置函数，除复位向量外，其它所有中断向量都可以指向了在RAM 数据区中
的新向量表，并给定一个统一的中断编号。中断服务程序可以放在任何模块文件中编译连接，不需要修
改原向量表代码，但在打开中断使用中断服务例程前必须使用C函数SetVector()设置中断向量。

4 结论

本文提出的中断向量表配置策略和实现方法，简便高效，仅比标准处理方法增加一条指令的执行时间。
当把ARM的C初始化汇编代码中所有中断源（包括扩展的内外部中断源）的向量都指向了新向量表，并统
一编号，此后编写任何中断服务程序几乎不需要修改汇编代码，C初始化代码完全可以对C程序员隐藏起
来，并可以像在X86体系下一样动态地设置和修改中断向量。初始化应用程序执行环境
　　　映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的,其RO部分即可以在ROM／Flash里面执行,也可以转移到
速度更快的RAM中执行;而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化
,就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。

下面是在ADS下,一种常用存储器模型的直接实现：
LDR　　r0,=|Image$$RO$$Limit| 得到RW数据源的起始地址
LDR　　r1,=|Image$$RW$$Base| RW区在RAM里的执行区起始地址
LDR　　r2,=|Image$$ZI$$Base|　ZI区在RAM里面的起始地址
CMP　　r0,r1　　　　　　　　 比较它们是否相等
　　　BEQ　　%F1
0　　 CMP　　r1,r3
　　　LDRCC　r2,[r0],#4STRCC　r2,[r1],#4
　　　BCC　　%B0
1　　 LDR　　r1,=|Image$$ZI$$Limit|
　　　MOV　 r2,#0
2　　 CMP　　r3,r1
　　　STRCC　r2,[r3],#4
　　　BCC　　%B2
　　　程序实现了RW数据的拷贝和ZI区域的清零功能。其中引用到的4个符号是由链接器第一输出的。
|Image$$RO$$Limit|：表示RO区末地址后面的地址,即RW数据源的起始地址
|Image$$RW$$Base|：RW区在RAM里的执行区起始地址,也就是编译器选项RW_Base指定的地址
|Image$$ZI$$Base|：ZI区在RAM里面的起始地址
|Image$$ZI$$Limit|：ZI区在RAM里面的结束地址后面的一个地址

　　　程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|开始的RW初始数据拷贝到RAM里面|Image$$RW$$Base|开始的地
址,当RAM这边的目标地址到达|Image$$ZI$$Base|后就表示RW区的结束和ZI区的开始,接下去就对这片ZI
区进行清零操作,直到遇到结束地址|Image$$ZI$$Limit|

改变处理器模式
　　　因为在初始化过程中,许多操作需要在特权模式下才能进行（比如对CPSR的修改）,所以要特别注
意不能过早的进入用户模式。

　　　内核级的中断使能也可以考虑在这一步进行。如果系统中另外存在一个专门的中断控制器,这么做
总是安全的。

呼叫主应用程序

　　　当所有的系统初始化工作完成之后,就需要把程序流程转入主应用程序。最简单的一种情况是：
IMPORT main


B　　　main
直接从启动代码跳转到应用程序的主函数入口,当然主函数名字可以由用户随便定义。
在ARM ADS环境中,还另外提供了一套系统级的呼叫机制。
IMPORT __main

B　　 __main
__main()是编译系统提供的一个函数,负责完成库函数的初始化和初始化应用程序执行环境,最后自动跳
转到main()函数