2. 中断向量表：结构、编写规范与配置

中断向量表，说白了就是一张“紧急事件处理清单”。CPU 遇到中断信号后，会立刻翻这张表，找到对应的处理函数地址，跳过去执行。我刚开始学单片机时，总觉得这玩意儿很神秘，后来自己动手写过一次启动文件，才真正搞明白——它其实就是一段连续的内存，存着一堆函数指针。

2.1 中断向量表的结构

这张表通常放在程序存储器的起始地址（比如 0x00000000）。每个表项占 4 字节（32 位 MCU），存放的是对应中断服务函数的入口地址。

偏移地址	中断源	说明
0x0000	复位向量	系统上电或复位后，PC 指向这里
0x0004	不可屏蔽中断 (NMI)	硬件严重错误，比如电源跌落
0x0008	硬错误 (HardFault)	程序跑飞、访问非法地址
0x000C	存储器管理错误	MPU 保护违规
0x0010	总线错误	数据/指令总线访问异常
0x0014	用法错误	未定义指令、对齐错误
0x0040	SysTick 定时器	系统滴答，常用于 OS 调度
0x0044	外部中断 0 (EXTI0)	GPIO 引脚触发
...	...	...

我在项目中遇到过一个问题：芯片上电后一直跑飞，查了半天发现是复位向量写错了。嗯，向量表第一个字必须是栈顶地址，第二个字才是复位函数地址。顺序搞反，CPU 直接懵掉。

2.2 中断服务函数（ISR）的编写规范

写 ISR 和写普通函数不一样。你想想看，ISR 是在任意时刻被硬件调用的，它不能破坏主程序的现场。所以有几个硬性规矩必须遵守。

2.2.1 基本规则

• 短小精悍：ISR 里只做最紧急的事，比如置标志位、清中断标志。耗时操作（比如打印、延时）放到主循环里处理。
• 不可阻塞：不能在 ISR 里等信号量、等消息队列。我曾经见过有人把 printf 写在 ISR 里，结果串口发送阻塞，整个系统卡死。
• 保护共享数据：ISR 和主循环共享的变量，必须用 volatile 修饰，防止编译器优化掉。
• 可重入：如果同一个中断可能嵌套触发，ISR 必须是可重入的。一般做法是 ISR 里只操作局部变量或原子操作。

2.2.2 标准 ISR 模板

// 标准 ISR 写法（以 STM32 为例）
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 1. 检查中断标志位
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR0)
    {
        // 2. 清除中断标志（必须！否则会一直触发）
        EXTI->PR = EXTI_PR_PR0;

        // 3. 做最少的处理
        g_button_pressed = 1;  // 置标志位，主循环去处理
    }
}

2.2.3 中断优先级与嵌套

大多数 MCU 支持中断优先级分组。高优先级中断可以打断低优先级中断，形成嵌套。我个人习惯把时间敏感的中断（比如定时器捕获）设成高优先级，把非紧急的中断（比如按键）设成低优先级。

优先级分组	抢占优先级位数	子优先级位数	典型应用
组 0	0	4	所有中断同优先级，按编号响应
组 1	1	3	2 级抢占，8 级子优先级
组 2	2	2	4 级抢占，4 级子优先级（常用）
组 3	3	1	8 级抢占，2 级子优先级
组 4	4	0	16 级抢占，无子优先级

2.3 中断向量表的配置

配置向量表有两种方式：一种是使用芯片厂商提供的启动文件（默认方式），另一种是手动重映射向量表。我建议初学者先用默认方式，等熟悉了再尝试手动配置。

2.3.1 使用启动文件（默认方式）

大部分 IDE 会自动包含启动文件。你只需要在代码里实现对应的 ISR 函数名，链接器会自动把函数地址填入向量表。比如 STM32 的启动文件 startup_stm32f4xx.s 里已经声明了所有中断向量，你只要写同名的函数就行。

// 启动文件中预定义的弱函数（示例）
void EXTI0_IRQHandler(void) __attribute__((weak, alias("Default_Handler")));

// 你在用户代码中重新实现
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 你的处理逻辑
}

2.3.2 手动重映射向量表

有些场景需要把向量表搬到 RAM 里，比如做 IAP（在应用编程）升级时。这时需要修改向量表偏移寄存器（如 SCB->VTOR）。

// 手动重映射向量表到 RAM 地址 0x20000000
#define VECTOR_TABLE_RAM_BASE  0x20000000

void vector_table_remap(void)
{
    // 1. 关闭全局中断
    __disable_irq();

    // 2. 将向量表复制到 RAM
    memcpy((void*)VECTOR_TABLE_RAM_BASE,
           (void*)SCB->VTOR,
           sizeof(uint32_t) * 16);  // 只复制前 16 个系统异常

    // 3. 设置 VTOR 寄存器指向 RAM 中的新向量表
    SCB->VTOR = VECTOR_TABLE_RAM_BASE;

    // 4. 使能全局中断
    __enable_irq();
}

2.4 中断向量表结构图

下面这张图展示了向量表在内存中的布局，以及 CPU 响应中断时的完整流程。

2.5 常见问题与避坑

• ISR 函数名写错：启动文件里用的是弱符号，你写错名字不会报错，但中断来了会跑进 Default_Handler 死循环。我建议每次新建工程时，先对照参考手册核对一遍函数名。
• 中断标志未清除：这是新手最常犯的错误。不清标志，中断会反复触发，CPU 永远在 ISR 里打转。
• 向量表对齐：有些 MCU 要求向量表必须按 256 字节或 512 字节对齐。重映射时如果地址没对齐，中断会异常。
• 优先级分组不一致：整个系统只能用一种优先级分组方式。如果不同模块设置了不同的分组，中断优先级会乱套。