ARM Cortex-M中的中断与异常

ARM Cortex-M系列处理器与以往的ARM7TDMI、ARM920T相差很多，以往中断控制器都由IP授权的各家芯片厂商自行定义，而ARM Cortex-M则把中断控制器统一起来，命名为NVIC（嵌套向量中断控制）。正如其名，ARM Cortex-M NVIC支持中断嵌套功能：当一个中断触发并且系统进行响应时，处理器硬件会将当前运行的部分上下文寄存器自动压入中断栈中，这部分的寄存器包括PSR，R0，R1，R2，R3以及R12寄存器。当系统正在服务一个中断时，如果有一个更高优先级的中断触发，那么处理器同样的会打断当前运行的中断服务例程，然后把老的中断服务例程上下文的PSR，R0，R1，R2，R3和R12寄存器自动保存到中断栈中。这些部分上下文寄存器保存到中断栈的行为完全是硬件行为，这一点是与其他ARM处理器最大的区别（以往都需要依赖于软件保存上下文）。

另外，在ARM Cortex-M系列处理器上，所有中断都采用中断向量表的方式进行处理，即当一个中断触发时，处理器将直接判定是哪个中断源，然后直接跳转到相应的固定位置进行处理。而在ARM7、ARM9中，一般是先跳转进入IRQ入口，然后再由软件进行判断是哪个中断源触发，获得了相对应的中断服务例程入口地址后，再进行后续的中断处理。ARM7、ARM9的好处在于，所有中断它们都有统一的入口地址，便于OS的统一管理。而ARM Cortex-M系列处理器则恰恰相反，每个中断服务例程必须排列在一起放在统一的地址上（这个地址必须要设置到NVIC的中断向量偏移寄存器中）。

中断向量表一般由一个数组定义（或在起始代码中给出）。在STM32上，默认采用起始代码给出：

代码清单：初始化代码中的中断向量表

  1. __Vectors       DCD     __initial_sp            ; Top of Stack
  2.                 DCD     Reset_Handler           ; Reset Handler
  3.                 DCD     NMI_Handler             ; NMI Handler
  4.                 DCD     HardFault_Handler       ; Hard Fault Handler
  5.                 DCD     MemManage_Handler       ; MPU Fault Handler
  6.                 DCD     BusFault_Handler        ; Bus Fault Handler
  7.                 DCD     UsageFault_Handler      ; Usage Fault Handler
  8.                 DCD     0                           ; Reserved
  9.                 DCD     0                           ; Reserved
  10.                 DCD     0                           ; Reserved
  11.                 DCD     0                           ; Reserved
  12.                 DCD     SVC_Handler             ; SVCall Handler
  13.                 DCD     DebugMon_Handler        ; Debug Monitor Handler
  14.                 DCD     0                           ; Reserved
  15.                 DCD     PendSV_Handler          ; PendSV Handler
  16.                 DCD     SysTick_Handler         ; SysTick Handler
  17.  
  18. … … 
  19.  
  20. NMI_Handler             PROC
  21.                 EXPORT NMI_Handler              [WEAK]
  22.                 B       .
  23.                 ENDP
  24. HardFault_Handler   PROC
  25.                 EXPORT HardFault_Handler        [WEAK]
  26.                 B       .
  27.                 ENDP
  28.  
  29. … …

请注意代码后面的[WEAK]标识，它是符号弱化标识，在[WEAK]前面的符号如NMI_Handler、HardFault_Handler）将被执行弱化处理，如果整个代码在链接时遇到了名称相同的符号（例如与NMI_Handler相同名称的函数），那么代码将使用未被弱化定义的符号（与NMI_Handler相同名称的函数），而与弱化符号相关的代码将被自动丢弃。

RT-Thread在Cortex-M系列上也遵循这样的方法，当用户需要使用自定义的中断服务例程时，只需要定义相同名称的函数覆盖弱化符号即可。例如用户需要自定义自己的串口2中断处理函数，那么可以在代码中自己实现USART2_IRQHandler函数，在系统编译链接时，中断向量表中将只保留这份USART2_IRQHandler函数，而不是经过WAEK修饰的USART2_IRQHandler函数。