【STM32】MPU内存保护单元

news2025/1/10 20:31:09

注：仅在F7和M7系列上使用
介绍
- 功能：
  - 设置不同存储区域的存储器访问权限（管理员、用户）
  - 设置存储器（内存和外设）属性（可缓冲、可缓存、可共享）
- 优点：提高嵌入式系统的健壮性，使系统更加安全
  - 阻止用户破坏操作系统的数据
  - 阻止一个任务访问其他任务的数据区，从而隔离任务
  - 把关键数据区域设置为只读，从根本上解决被破坏的可能
  - 检测意外的存储访问，如堆栈溢出、数组越界
  - 将SRAM或者RAM空间定义为不可执行，防止代码注释
内核地址映射
- MPU可配置保护8(针对F7)/16（针对H7）个内存区域，每个区域最小要求256字节，且每个区域还可配置为8个子区域
MPU设置内存区域的访问权限
- MPU_REGION_NO_ACCESS---------无访问（管理员+用户级都不能访问）
- MPU_REGION_PRIV_RW ---------仅支持特权级读写访问
- MPU_REGION_PRIV_RW_URO-----禁止用户写访问（管理员可读写访问）
- MPU_REGION_FULL_ACCESS------全访问（管理员、用户都可以访问）
- MPU_REGION_PRIV_RO --------仅支持管理员访问
- MPU_REGION_PRIV_RO_URO------只读（管理员&用户都不可以写）
MPU配置内存区域的访问属性
- 三种内存类型
  - Normal memory（性能最强）
    - -> “ROM” “FLASH” “SRAM”
    - CPU以最高效的方式加载和存储字节，半字和字，CPU对于这种内存区的加载或存储不一定要按照程序代码的顺序执行
  - Device memory（性能中）
    - ->外设
    - 加载和存储要严格按照次序进行，确保寄存器按照正确顺序执行
  - Strongly ordered memory（性能最差）
    - 程序完全按照代码顺序执行，CPU会等待当前加载存储执行完毕后才执行下一条指令，所以导致性能下降
Cache
- F4、M4当中有MPU却不用是因为：没有Cache
- 分类
  - 数据缓存D-Cache
  - 指令缓存I-Cache
- 4种基本操作
  - 使能
  - 禁止清空
  - 清空
  - 无效化
- 读写操作
  - 写操作
    - CPU要写的SRAM区域数据在Cache中已经开辟了对应的区域----------“写命中”（Cache Hit）
    - 若Cache里面没有开辟对应的区域----------（Cache Miss）
  - 写操作
    - CPU要读取的SRAM区域数据在Cache中已经加载好----------“读命中”（Cache Hit）
    - 若Cache里面没有----------（Cache Miss）
  - Core读Cache
    - Cache hit ：直接从cache当中读出数据即可
    - Cache miss：两个处理方式
      - read through 直接从内存中读出，不用cache
      - read allocate 把数据从内存加载到cache，再从cache传给core
  - Core写Cache
    - Cache hit
      - write through 直接写到内存中并同时放在cache里面内存和cache同步更新
      - write back 数据更新时只写入cache，只在数据被替换出cache时，被修改的cache数据才会写入内存
    - Cache miss
      - write allocate 先要把写的数据载入到cache，对cache写后，更新到内存里面
      - no write allocate 直接写入内存，不用cache
  - 数据不一致的解决问题
    - 设置共享属性
      - Cache相当于没有开启
    - 软件进行cache维护
      - clean 清空：cache已经变化，SRAM数据未更新，DMA搬运数据前，将cache相对应数据更新到SRAMSCB_CleanDCache/SCB_CleanInvalidateDCache
      - invalidate无效化：SRAM数据已变化，Cache未更新DMA后
- TEX用来设置Cache策略
  - 只要开启Cache，read allocate 是开启
  - Non-cacheable 正常读写操作，无cache
  - Write throught 写操作命中 no write allocate 不命中 read allocated 读操作没有命中
  - Write back 写操作命中 no write allocate 不命中 read allocated 读操作没有命中
  - write back 写操作命中 write allocate 不命中 read allocated 读操作没有命中
- HAL库驱动
  - 结构体 MPU_Region_InitTypeDef
    - 参数
  - MPU基本配置步骤(可查芯片手册)
    - 禁止MPU void HAL_MPU_Disable（）；
    - 配置某个区域的MPU保护参数通过调用HAL_ConfigRegion（）函数去设置
    - 使能MPU void HAL_MPU_ Enable();
    - 编写MemManage中断服务函数 void MemManage_Handler(void);