向量表与重定位（Cortex‑M 系列）

向量表与重定位（Cortex‑M 系列）

一、向量表是什么（快速回顾）

• 向量表是处理器在异常/中断发生时查找中断处理程序入口的表格，通常放在存储器的低地址（默认 0x00000000）。
• 向量表第 0 项是主堆栈指针（MSP）初始值，第 1 项是复位处理程序（Reset Handler），随后按 Exception/IRQ 编号顺序排列。
• 每项为 32 位（地址），向量表按 4 字节对齐存放。
  

二、为什么需要重定位向量表

常见场景：

• Bootloader → 用户程序切换：Bootloader 在 ROM/Flash，用户程序在 Flash 的另一段，需要把 VTOR 指向用户程序的向量表。
• 程序运行于 RAM：例如关键 ISR 放 RAM 以获得零等待或动态替换中断向量。
• 外部/可移植启动：从 SD 卡、外部存储加载程序，然后把向量表放到 RAM 并设置 VTOR。
• 多镜像/固件升级场景：运行时选择不同的向量表以切换上下文。

三、VTOR（Vector Table Offset Register）

• Cortex‑M 的 VTOR（SCB->VTOR）用来指定当前使用的向量表基地址。
• 要求：实现平台通常要求 VTOR 的低若干位为 0（例如最小对齐 128 字节，低 7 位为 0）；具体以芯片参考手册为准。
• 使用 VTOR 前请确保向量表已拷贝到目标地址并对齐。

四、重定位步骤与要点（推荐流程）

1. 在关闭中断或临界区内执行重定位：
   • __disable_irq();
2. 将新向量表从 Flash 拷贝到 RAM（若需要）：
   • memcpy(RAM_VTOR_ADDR, FLASH_VECTOR_ADDR, vector_size);
3. 设置 SCB->VTOR 指向 RAM 基址（需 32 位对齐，按芯片对齐要求）：
   • SCB->VTOR = (uint32_t)RAM_VTOR_ADDR;
4. （可选）清空或无效化 I/D cache（M7 等）以保证一致性。
5. 恢复中断： __enable_irq();

注意：务必先拷贝并设置好 vector entries（MSP、Reset 不必修改，通常保留），再开启中断。若中断已启用，可能在切换瞬间触发意外 ISR。

五、示例代码（基于 CMSIS）

// filepath: c:\Users\yeyue\Desktop\book\学习记录\MD文件2\向量表与重定位.md
// ...existing code...
// 向量表重定位示例（在启动或运行时调用）
#include <string.h>
#include "stm32f4xx.h" // 或相应 CMSIS 头extern uint32_t __Vectors[];          // 链接脚本中定义的向量表起始符号
#define RAM_VTOR_ADDR  ((uint32_t)0x20000000) // 目标 RAM 地址（示例）void relocate_vector_table_to_ram(void) {uint32_t vector_size_words = 128 / 4; // 示例：128 字节向量表（按实际 IRQ 数确定）__disable_irq();memcpy((void*)RAM_VTOR_ADDR, (void*)__Vectors, vector_size_words * 4);SCB->VTOR = RAM_VTOR_ADDR;__DSB(); __ISB(); // 确保 VTOR 覆盖可见__enable_irq();
}
// ...existing code...

说明：实际 vector_size 应根据芯片的 IRQ 数（异常编号最大值）和实现所需字节数调整；不要盲目固定为 128 字节。

六、链接脚本与放置（常见做法）

• 在链接脚本中保持原始向量表符号（如 __Vectors）位于 Flash 起始，若需把向量表放入特定段供拷贝，添加 .isr_vector 或 .vector_ram 段并导出符号。
• 将 ISR 频繁修改或对响应时间敏感的函数放到 RAM（使用属性 section(“.ramfunc”) 并在启动时复制）。

七、注意事项与常见陷阱

• 对齐与大小：VTOR 基址须满足最低对齐要求（例如 128 字节）；否则硬件可能忽略或产生异常。
• MSP 与 Reset：第 0/1 项非常关键，非必要不要任意覆盖。
• 多核/共享内存（如 H7 双核）：注意各核的 VTOR 独立，若共享向量表需处理缓存一致性与互斥。
• 调试影响：单步调试或断点可能改变缓存/中断时序，验证请在 Release 下做真实测量。
• Cache 一致性（Cortex‑M7）：拷贝后需清 D‑Cache 或刷新 I‑Cache，防止执行旧指令。

八、结论

向量表重定位是启动引导、运行时升级与 RAM 执行常用技术。核心要点是：确保拷贝完整、地址对齐、在安全（中断受控）环境下更新 VTOR，并考虑缓存一致性与多核场景。按上述步骤实现后，系统能够在运行时灵活切换中断向量，支持 Bootloader、温跃式升级、运行时代码替换等功能。

参考：ARM Cortex‑M 权威指南（向量表章节）、设备参考手册（VTOR 对齐要求）。