📚 课程目录第1章中断向量表基础概念

1. 中断向量表基础概念

1.1 中断向量表的定义

中断向量表（Interrupt Vector Table，IVT）是一张存储在固定内存区域的地址映射表，表中每一项存放着对应中断服务程序（Interrupt Service Routine，ISR）或异常处理程序的入口地址。当处理器检测到异常或中断事件时，硬件自动从向量表中取出对应地址，并跳转执行该地址处的代码。

  核心要点：中断向量表本质上是“异常编号 → 处理函数地址”的查找表，由硬件直接使用，无需软件干预。

1.2 中断向量表的作用

异常分发：将不同异常源（复位、NMI、硬故障、SVC、PendSV、SysTick 等）映射到对应的处理函数。
系统启动引导：复位后处理器从向量表首地址加载主栈指针（MSP）和复位向量，完成初始化。
实时响应：硬件级查表跳转，延迟极低，满足嵌入式实时性要求。
可配置性：通过修改向量表内容或重定位向量表基址，实现灵活的中断管理。

1.3 在 ARM Cortex-M 系列处理器中的位置

ARM Cortex-M 系列处理器（M0/M0+/M3/M4/M7/M33 等）采用统一中断向量表设计，向量表固定在地址 0x00000000 起始处（默认），或通过 VTOR（Vector Table Offset Register）寄存器重定位到其他地址。

异常编号	向量表偏移	异常类型	优先级	说明
0	0x00	MSP 初始值	—	主栈指针初始值，复位后加载到 SP
1	0x04	Reset	-3（最高）	复位异常，系统启动入口
2	0x08	NMI	-2	不可屏蔽中断
3	0x0C	HardFault	-1	硬故障，所有故障的默认处理
4	0x10	MemManage	可编程	存储器管理故障（M3/M4/M7）
5	0x14	BusFault	可编程	总线故障（M3/M4/M7）
6	0x18	UsageFault	可编程	用法故障（M3/M4/M7）
7–10	0x1C–0x28	保留	—	ARM 保留
11	0x2C	SVC	可编程	系统服务调用（Supervisor Call）
12	0x30	DebugMon	可编程	调试监视器
13	0x34	保留	—	ARM 保留
14	0x38	PendSV	可编程	可挂起系统服务请求
15	0x3C	SysTick	可编程	系统滴答定时器
16+	0x40+	外部中断	可编程	芯片厂商定义的外设中断

注意：Cortex-M0/M0+ 只支持 NMI、HardFault、SVC、PendSV、SysTick 和最多 32 个外部中断；M3/M4/M7 支持完整的 MemManage、BusFault、UsageFault 以及最多 240 个外部中断。

1.4 向量表布局与内存映射

下图展示了 ARM Cortex-M 处理器默认中断向量表在内存中的布局结构：

1.5 向量表在启动文件中的体现

在 ARM Cortex-M 工程中，中断向量表通常由启动文件（startup_xxx.s）定义。以下是一个典型的 Cortex-M4 启动文件片段：

; 中断向量表定义（startup_stm32f407xx.s）
__Vectors       DCD     __initial_sp          ; 0x00: MSP 初始值
                DCD     Reset_Handler          ; 0x04: 复位向量
                DCD     NMI_Handler            ; 0x08: NMI
                DCD     HardFault_Handler      ; 0x0C: 硬故障
                DCD     MemManage_Handler      ; 0x10: 存储器管理故障
                DCD     BusFault_Handler       ; 0x14: 总线故障
                DCD     UsageFault_Handler     ; 0x18: 用法故障
                DCD     0                      ; 0x1C: 保留
                DCD     0                      ; 0x20: 保留
                DCD     0                      ; 0x24: 保留
                DCD     0                      ; 0x28: 保留
                DCD     SVC_Handler            ; 0x2C: SVC
                DCD     DebugMon_Handler       ; 0x30: 调试监视器
                DCD     0                      ; 0x34: 保留
                DCD     PendSV_Handler         ; 0x38: PendSV
                DCD     SysTick_Handler        ; 0x3C: SysTick
                ; 外部中断从 0x40 开始
                DCD     WWDG_IRQHandler        ; 0x40: 窗口看门狗
                DCD     PVD_IRQHandler         ; 0x44: PVD
                ; ... 后续中断向量

常见错误：向量表第一项必须是有效的栈指针值，第二项必须是复位处理函数地址。如果这两个值错误，芯片上电后将无法正常启动，直接进入 HardFault 或死机。

1.6 向量表重定位（VTOR 寄存器）

Cortex-M3/M4/M7/M33 等处理器提供了 VTOR（Vector Table Offset Register） 寄存器，允许将向量表从默认的 0x00000000 重定位到其他地址（如 SRAM 或 Flash 的偏移位置）。这在以下场景中非常有用：

Bootloader + 应用程序：Bootloader 位于 Flash 起始地址，应用程序位于偏移地址，需重定位向量表。
运行时动态更新：将向量表复制到 SRAM 中，运行时修改中断处理函数。
多核系统：每个核使用独立的向量表。

VTOR 寄存器位于系统控制块（SCB）中，地址为 0xE000ED08，其格式如下：

位段	名称	描述
[31:7]	TBLBASE	向量表基址的高 25 位，要求 128 字节对齐
[6:0]	保留	必须写 0

设置 VTOR 的示例代码：

/* 将向量表重定位到 0x08010000（应用程序起始地址） */
#define SCB_VTOR      (*(volatile uint32_t *)0xE000ED08)
SCB_VTOR = 0x08010000;

对齐要求：VTOR 的值必须按 128 字节对齐（即低 7 位为 0），否则处理器行为不可预测。向量表大小至少为 16 个异常向量（64 字节），加上外部中断后总大小需对齐到 128 字节的整数倍。

1.7 异常优先级与向量表的关系

ARM Cortex-M 使用抢占优先级模型，异常编号越小，优先级越高（复位为 -3，NMI 为 -2，HardFault 为 -1）。向量表本身不存储优先级信息，优先级由系统优先级寄存器（如 SHPR1–SHPR3）和NVIC 优先级寄存器单独配置。向量表只负责提供处理函数的入口地址。

1.8 本章小结

中断向量表是异常编号到处理函数地址的映射表，由硬件直接使用。
在 ARM Cortex-M 中，向量表默认位于 0x00000000，通过 VTOR 可重定位。
向量表第一项为 MSP 初始值，第二项为 Reset_Handler，这是系统启动的关键。
异常优先级由独立的寄存器控制，与向量表内容无关。
启动文件中的 __Vectors 段是向量表的具体实现，必须保证正确性。