将中断向量表定位到RAM中，从RAM中引导执行中断服务

刀首木 2021-02-08

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最近在解决一个问题，看到一篇代码，将中断向量表定位到RAM中，代码所在的文章在这里：

https://www./community/mcu/32-bit/knowledge-base.entry.html/2017/05/09/emu_e110_-_potential-i2Pn

大家都知道，MCU的中断向量表通常是在flash的0x00000000地址，这一点从你编译出来的map文件中很容易看出来

比如我项目中的map文件：

.text           0x00008000    0x2a580
 *(.vectors)
 .vectors       0x00008000       0xe0 ./CMSIS/EFM32LG/startup_gcc_efm32lg.o
                0x00008000                __Vectors
                0x000080e0                __Vectors_End = .
                0x000000e0                __Vectors_Size = (__Vectors_End - __Vectors)
                0x000080e0                __end__ = .

我这个项目的起始地址设置的是0x00008000上，所以可以看到就是在你的程序的起始地址

现在因为某些原因，我需要将中断向量表定位到RAM中

也就是

SCB->VTOR 的值由原来的0x00008000,指向RAM中新定位的地址

SCB->VTOR:

/**
  \brief  Structure type to access the System Control Block (SCB).
 */
typedef struct
{
  __IM  uint32_t CPUID;                  /*!< Offset: 0x000 (R/ )  CPUID Base Register */
  __IOM uint32_t ICSR;                   /*!< Offset: 0x004 (R/W)  Interrupt Control and State Register */
  __IOM uint32_t VTOR;                   /*!< Offset: 0x008 (R/W)  Vector Table Offset Register */

具体方法：

1：定义一个数组（用来作为向量表，向量表中其实就是各个中断函数的地址，也就是定义一个uint32_t 类型的数组），并且确定数组的大小

要查找矢量表的大小，请在参考手册中查找设备的 IRQ 数量，然后为 Cortex-M 保留项加 16。例如，Giant Gecko 拥有 39 个 IRQ，因此矢量表是 55 个字或 220 个字节。

我用的是Leopard Gecko EFM32LG的MCU，有40个外部中断：

#define EXT_IRQ_COUNT 40 /**< Number of External (NVIC) interrupts */

所以定义#define VECTOR_SIZE (16 + EXT_IRQ_COUNT)

uint32_t vectorTableNew[VECTOR_SIZE]

显然我们要将SCB->VTOR指向这个数组，可以想象，这个数组是在程序的哪个内存区域？全局区？全局区的哪个区？BSS区吧，未初始化的全局变量，都是在BSS区域，当然已经初始化的是在data区域

这里就是我们需要增加的内容__attribute__ ((section (".noinit"), aligned (256) ));

uint32_t vectorTableNew[VECTOR_SIZE] __attribute__ ((section (".noinit"), aligned (256) ));

__attribute__注意不是C语言的关键字，他是GCC编译器的编译属性，或者说编译声明，

就是说我在这里立个flag,告诉编译器怎么处理我这段代码

__attribute__((section("seaction name"))

意思是将作用的函数或者变量放入到指定名为"section name"的段

当然__attribute__不仅仅可以为“段”做声明，也可以声明其他属性，比如aligned,

aligned是用来说明做多少个字节对齐的，比如__attribute__((aligned(4))做4字节对齐，__attribute__((aligned(20))做20字节对齐，__attribute__(aligned(256))做256字节对齐

经常用到的aligned((packed))取消字节对齐

比如你经常用到的结构体需要做字节对齐取消

struct your_struct{

uint32_t a;

char b;

}__attribute__((packed));

回来看，这个数组的定义：

uint32_t vectorTableNew[VECTOR_SIZE] __attribute__ ((section (".noinit"), aligned (256) ));

将数组放入.noinit段，并且做256字节对齐，注意这里是数组做256字节对齐，说明这个数组占256个字节，而不是数组中的元素每个做256个字节对齐

为什么是256，因为VECTORY_SIZE * 4(中断函数的地址size)

这里会有疑问，是否可以不去声明section名字？

答案是可以的！可以不用去定义section的名字，就针对当前的代码最终用意来说。

继续往下：

算了我把整个代码贴出来算了：

#include "em_device.h"
#include "em_ramfunc.h"
#include "string.h"
#include "moveIntVectorToRAM.h"
uint32_t vectorTableNew[VECTOR_SIZE] __attribute__ ((section (".noinit"), aligned (256) ));
volatile uint32_t Flash_Address;//volatile告诉编译器不要做指令优化，每次读取Flash_Address的值都是从它所在的内存地址上去取
const uint32_t* ptrFlashVectorTable = VTOR_FLASH_ADDR;
SL_RAMFUNC_DEFINITION_BEGIN//这个宏是告诉我们下面的这个函数是要放在RAM中
static void CheckFlash_IRQHandler(void)
{
  void (*fptr_irqhandler)(void) = NULL;//定义一个函数指针
  Flash_Address = ptrFlashVectorTable[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET];     // Do a dummy read of the flash.  It is important to make sure
                                                                  // the compiled version of the code retains this call and is not
                                                                  // optimized out.
  Flash_Address = ptrFlashVectorTable[__get_IPSR()];              // Read the actual address for the active interrupt request.
  fptr_irqhandler = (void(*)(void))Flash_Address;                 // Use the original vectorTable located in flash, with IRQ
                                                                  // offset (IPSR)
  (*fptr_irqhandler)();
}
SL_RAMFUNC_DEFINITION_END
/*
 memcpy这很简单，是把原来在flash(存放代码的flash)上中断向量表copy到RAM中的vectorTableNew地址，注意一下size
 按道理说这样就可以，直接把SCB->VTOR指向vectorTableNew就可以了。
 中间这个vectorTableNew[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET] = (uint32_t)CheckFlash_IRQHandler;是把出EM2之后要马上执行的中断处理函数地址
 赋值给新的中断向量表（数组）对应的元素上，清楚这一点，通俗一点，就是把一个地址赋值给一个地址数组的某个元素
 CheckFlash_IRQHandler就是返回的这个地址。
 想象一下，当从EM2唤醒的时候，先要出发唤醒源的中断处理函数，在这里就是触发中断向量表的vectorTableNew[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET]这个地址，需要这个地址对应的函数去做执行
 然后就调用的RAM中的函数CheckFlash_IRQHandler，然后看CheckFlash_IRQHandler的执行
 1：先把Flash_Address赋值为ptrFlashVectorTable[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET]; 处在flash上的对应中断函数的地址，
 2：再把Flash_Address赋值为ptrFlashVectorTable[__get_IPSR()]; 看后面注释硬是获取真正的中断在向量表中的位置，
 那么看下__get_IPSR())
 我们知道IPSR寄存器是这个中断状态寄存器 IPSR(Interrupt Status Register),它包含了正在执行的中断服务的编号
 所以拿到这个中断编号，就可以通过向量表首地址去定位这个中断服务的位置地址
 当然我们把这个地址赋值给函数指针fptr_irqhandler，然后去执行这个函数，达到我们最终执行中断服务的目的
 整个目的就是当从EM2唤醒的时候从RAM中去引导这个中断服务而不是从默认的Flash去引导
*/
void moveInterruptVectorToRam(void)
{
  // If we know the wake source from EM2, we can limit the size of the RAM vector table to be the size of the maximum vector location index
  memcpy(vectorTableNew, (uint32_t*)VTOR_FLASH_ADDR, sizeof(uint32_t) * (VECTOR_SIZE));  // Copy the flash vector table to RAM
  vectorTableNew[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET] = (uint32_t)CheckFlash_IRQHandler;   // The only location in the RAM based vector table required is at the index 
                                                                             // of the IRQ handler that services the IRQ that exits EM2.  If there are more
// IRQs that can exit EM2 they need to be added as well (they are not shown here).
  SCB->VTOR = (uint32_t)vectorTableNew; 
}

 memcpy这很简单，是把原来在flash(存放代码的flash)上中断向量表copy到RAM中的vectorTableNew地址，注意一下size
 按道理说这样就可以，直接把SCB->VTOR指向vectorTableNew就可以了。
 中间这个vectorTableNew[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET] = (uint32_t)CheckFlash_IRQHandler;是把出EM2之后要马上执行的中断处理函数地址
 赋值给新的中断向量表（数组）对应的元素上，清楚这一点，通俗一点，就是把一个地址赋值给一个地址数组的某个元素
 CheckFlash_IRQHandler就是返回的这个地址。
 想象一下，当从EM2唤醒的时候，先要出发唤醒源的中断处理函数，在这里就是触发中断向量表的vectorTableNew[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET]这个地址，需要这个地址对应的函数去做执行
 然后就调用的RAM中的函数CheckFlash_IRQHandler，然后看CheckFlash_IRQHandler的执行
 1：先把Flash_Address赋值为ptrFlashVectorTable[VTABLE_EM2_ISR_OFFSET]; 处在flash上的对应中断函数的地址，
 2：再把Flash_Address赋值为ptrFlashVectorTable[__get_IPSR()]; 看后面注释硬是获取真正的中断在向量表中的位置，
 那么看下__get_IPSR())
 我们知道IPSR寄存器是这个中断状态寄存器 IPSR(Interrupt Status Register),它包含了正在执行的中断服务的编号
 所以拿到这个中断编号，就可以通过向量表首地址去定位这个中断服务的位置地址
 当然我们把这个地址赋值给函数指针fptr_irqhandler，然后去执行这个函数，达到我们最终执行中断服务的目的
 整个目的就是当从EM2唤醒的时候从RAM中去引导这个中断服务而不是从默认的Flash去引导

下面是.h文件

#ifndef _MOVE_INT_VECTOR_TO_RAM_H_
#define _MOVE_INT_VECTOR_TO_RAM_H_
#define VECTOR_SIZE (16 + EXT_IRQ_COUNT)
#define VTOR_FLASH_ADDR (0x8000)
#define VTABLE_EM2_ISR_OFFSET   GPIO_ODD_IRQn + 16 // This should equal the highest IRQ that
                                   // will be used to wake from EM2.  In this
                                   // example, 17 is the GPIO EVEN IRQ.
void moveInterruptVectorToRam(void);
#endif

/* Simplicity Studio, Atollic and vanilla armgcc */
#define SL_RAMFUNC_DECLARATOR          __attribute__ ((section(".ram")))
#define SL_RAMFUNC_DEFINITION_BEGIN    SL_RAMFUNC_DECLARATOR
#define SL_RAMFUNC_DEFINITION_END