ARM 嵌入式系统中断向量表的动态配置

ARM 嵌入式系统中断向量表的动态配置
摘要：通常32 位ARM 嵌入式系统的中断向量表是在程序编译前设置好的，每次编写中断程序都要改C 程序的汇编启动代码，相当繁琐。本文给出一种配置ARM 中断向量表新方法。该方法比通常方法仅增加一条指令执行时间，简便高效，功能完备，向量表在运行时动态生成，C 程序可以使用固定向量表的启动代码，并可隐藏起来。
关键词：动态配置嵌入式系统 ARM 中断向量表一般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 指令附近
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晰。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，比较容易出错。

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，所以可以很容易在程序运行的过程中从数据生成程序，并可以很容易把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附近的代码区内中。

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。