STM32H7-MPU的理解和配置

只看该作者 · 2021-8-10 10:41

一、MPU的作用

防止不受信用的应用程序访问受保护的内存区域
防止用户应用程序破坏操作系统使用的数据
通过阻止任务访问其他任务的数据区
允许将内存区域定义为只读，以便保护重要数据。
检测意外的内存访问

简单来说，就是内存保护、外设保护和代码访问保护。

二、MPU的功能实现

MPU可以配置保护16个内存区域，每个区域都是独立配置的。每个区域的最小要求是32字节，同时每个区域还可以配置为8个子区域，通过寄存器对应的bit来使能。

MPU可配置的16个内存区的序号范围是0-15，还有一个默认区（背景区）序号为-1，这些内存区可以重叠以及嵌套——序号为15的优先级最高、背景区的优先级最低。例如下图，共有七个内存区：一个背景区+序号为0-5的内存区。内存区4和内存区0、1有重叠部分，则重叠部分按照内存区4的配置规则执行；内存区5被完全包含在内存区3里面，则这部分内存区的配置按照内存区5的配置规则进行。

只看该作者 · 2021-8-10 10:45

三、MPU常用的寄存器（RASR寄存器和控制寄存器）

XN位：表示是否使能指令的提取
- XN=0：使能指令提取，即这块内存可以执行程序代码
- XN=1：禁止指令提取，机这块内存禁止执行程序代码
AP位：设置指定区域的访问权限类型

TEX、C、B、S位：用于配置Cache的策略
- C位：用于使能或者禁止Cache
- B位：用于配合C位实现Cache下是否使用缓冲
- S位：用于解决多总线或者多核访问的共享问题
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read/write-through/back/allocate的区别：

一、CPU读Cache

Read through：直接从内存区读取数据
Read allocate：先把数据读取到Cache中，再从Cache中读取数据
二、CPU写Cache

若hit命中，有两种处理方式：

Write-through：在数据更新时，把数据同时写入Cache和存储区
操作简单，但是写入速度慢
Write-back：只有在数据被替换出缓存时，被修改的缓存数据才会被写到后端存储。
写入速度快，但是一旦更新后的数据未被写入时出现断电，则数据无法找回
若miss，有两种处理方式：

Write allocate：先把要写的数据载入到Cache中，写Cache，然后再通过flush的方式写入到内存中。
No-write allocate：并不将写入位置读入缓存，直接把要写的数据写入到内存中。
什么叫hit/miss：

一、读操作
如果CPU要读取的SRAM区数据在Cache中已经加载好，这就叫读命中（Cache hit），如果Cache里面没有怎么办，这就是所谓的读Cache Miss。

二、写操作
如果CPU要写的SRAM区数据在Cache中已经开辟了对应的区域（专业词汇叫Cache Line，以32字节为单位），这就叫写命中（Cache hit），如果Cache里面没有开辟对应的区域怎么办，这就是所谓的写Cache Miss。

SRD位：用于控制内存区的子区域，一共有8bit，一个bit控制一个子区域，一般都开启
SIZE位：配置保护的内存的大小

只看该作者 · 2021-8-10 10:47

四、MPU的HAL库配置函数

HAL_MPU_Disable：配置前要禁止MPU
HAL_MPU_Enable：使能
- 一般使用参数MPU_PRIVILEGED_DEFAULT
HAL_MPU_ConfigRegion：配置MPU

static void MPU_Config( void )
{
MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

/* 禁止 MPU */
HAL_MPU_Disable();
/* 配置 AXI SRAM 的 MPU 属性为 Write back, Read allocate Write allocate */

//使能MPU
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
//指定MPU保护的内存起始地址，注意要和下面的大小进行对齐
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;
//配置保护的内存大小
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;
//配置区域访问权限类型
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
//在开启Cache下是否使用缓冲
MPU_InitSt ruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
//是否开启Cache
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
//是否开启共享
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
//配置缓存的策略
MPU_InitStruct.TypeExtField = M PU_TEX_LEVEL1;
//是否开启子区域
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
//指定指令访问状态
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}