LAT1510 STM32H7xx运行LWIP时的MPU配置介绍

发表于 2025-10-29 22:45

本帖最后由 STM新闻官于 2025-11-1 18:58 编辑

1. 前言
在使用 STM32H7 系列进行开发产品时，客户经常忽略对 MPU 进行配置，一般出现问题来找原因时往往感到无从下手。对于 STM32H7 原因最多的是没有对 MPU 进行合理配置，这个问题很容易被忽略，因为当我们应用比较简单时，往往不容易出现错误。但是，当我们的应用较为复杂时，如有外扩存储器、GUI、ETH、USB 等出错概率就高了。笔者，最近就遇到一个案例，客户反馈不运行 LWIP 时程序正常，但是运行 LWIP 系统经常死机，不知道什么原因。
笔者以点代面，以运行 LWIP 为例说明怎样使用 STM32CubeMX 对 STM32H7 特定存储区间进行配置，并对 STM32CubeMX MPU 相关参数进行了解释说明。

2. 问题调研
首先我们使用 STM32CubeMX 创建一个基于 STM32H723ZG 的工程，MPU 默认配置如下：

因此，在使用 STM32CubeMX创建工程时，默认就对 MPU 进行了初步配置，关于H7为什么要对 MPU 进行配置，其配置原理及 MPU 的更详细理解，有兴趣的读者可参考 LAT1240和 LAT1448，笔者不再做详细解释，其配置含义如下图所示:

3. 问题分析与解决办法
通过上一章节里可以看到在使用 STM32CubeMX 创建工程时，已经对 MPU 进行了一个默认的基础配置，这就是为什么对于一般应用，我们即使不对 MPU 进行配置也能跑起来的原因。但是，为什么我们运行 LWIP 如果不对 MPU 进行正确配置就跑不起来了呢，或者会出现各种各样的问题呢？主要有以下几个方面：
(1) 以太网数据是通过 ETH 专用 DMA 进行的，以太网发送/接收缓存不能存储在 DTCM RAM 中，而 STM32CubeMX 创建工程时默认可能把数据存储在 DTCM RAM 中去。
(2) Cortex-M7 内核访问 normal 属性的存储区域时，是按乱序访问操作的，按这种方式将数据写入到 ETH 寄存器显然是要出错的。应当将 LWIP 发送/接收缓冲区配置成Device memory 或 Strongly-ordered 类型。
(3) 根据 STM32H7 内部总线框图，可知 ETH_MAC 只能访问位于 D2 域内的 SRAM。因此，我们需要将 LWIP 所需的缓存分配到 D2 域的 SRAM 上。

对于 STM32H7xx 运行 FreeRTOS+LWIP 时的内存分配，ST 官方 Demo 提供的参考配置如下。

以 STM32H723ZG 为例，说明使用 STM32CubeMX 实现配置 LWIP 缓存的配置：
(1) 在 STM32CubeMX 里面关于 TEX、C、B，三者组合值的关系(参见 AN4838)。
其中，TEX&C&B 的组合决定了对应 MPU 区域对应存储器的属性，其与
STM32CubeMX 里面的配置项对应关系如下：
TEX -- MPU TEX field level
C -- MPU Cacheable Permission
B -- MPU Bufferable Permission

(2) 实现 MPU 对 LWIP 堆栈区的设置(TEX=1,C=0,B=0)，其属性为 Normal。

(3) 实现 MPU 对 ETH TX/RX 数据缓存区的设置(TEX=0,C=0,B=1)，其属性设置为
Device.
LWIP 协议栈并为实现 Cache 一致性操作，cacheable 需要处于 disable 状态。

(4) 指定 ETH 发送、接收缓冲区地址

配置 LWIP 堆栈缓冲区地址和大小

至此，对于 STM32H7 运行 LWIP 与 MPU 相关的部分就介绍到这里，其它配置可参考HAL 库里面的例程即可

参考文献

发表于 2025-11-4 18:36

MPU配置的核心目标是解决CPU缓存与DMA控制器之间的数据一致性问题

发表于 2025-11-4 20:59

还需要确保网络数据缓冲区的高效访问

发表于 2025-11-5 08:44

LWIP堆内存区必须是非缓存、共享且非缓冲，保证网络数据包收发的原子性操作正确

发表于 2025-11-5 11:08

// Region 0: DMA描述符区（256字节）
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30000000;
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_256B;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
// Region 1: LWIP堆内存（16KB）
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30004000;
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_16KB;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;

发表于 2025-11-5 13:31

LWIP堆起始地址需满足4字节对齐，并与[size=0.875]lwipopts.h中的[size=0.875]LWIP_RAM_HEAP_POINTER宏严格匹配

发表于 2025-11-5 16:06

手动指定DMA描述符和缓冲区的物理位置，避免动态分配导致越界

发表于 2025-11-5 18:31

在STM32CubeMX的“Connectivity”选项卡中激活ETH外设，随后进入“Memory Protection Unit”界面进行设置

发表于 2025-11-5 20:49

RW_DMARxDscrTab 0x30000000 0x80 { *(.RxDescripSection) }
RW_DMATxDscrTab 0x30000080 0x80 { *(.TxDescripSection) }
RW_RAM_POOL 0x30004000 0x4000 { *(.Rx_PoolSection) }

发表于 2025-11-5 23:03

Ping不通或丢包的原因可能是DMA访问了CPU独享的高速缓存区，导致数据未持久化至物理内存

发表于 2025-11-6 09:07

增大RX/TX描述符队列长度，并在MPU中为其分配独立区域以避免总线争用

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