文章目錄

• 一、前言
• 二、CubeMX
• • 2.1、Cortex interface Settings
  • 2.2、Cortex Memory Protection Unit Control Settings（內存保護單元控制設置）
  • 2.3、Cortex Memory Protection Unit Region 0 Settings（內存保護單元區域0設置）
  • • 2.3.1、MPU Region
    • 2.3.2、MPU Region Base Address（MPU區域首地址）
    • 2.3.3、MPU Region Size（MPU區域大小）
    • 2.3.4、MPU SubRegion Disable
    • 2.3.5、MPU TEX field level（MPU TEX域等級）
    • 2.3.6、MPU Access Permission（MPU訪問權限）
    • 2.3.7、MPU Instruction Access ( MPU指令訪問）
    • 2.3.8、MPU Shareability Permission（MPU共享許可）
    • 2.3.9、MPU Cacheable Permission（MPU Cache許可）與 MPU Bufferable Permission（MPU 緩存許可）
• 三、代碼
• • 3.1、案例一
  • 3.2、案例二
  • 3.3、案例一與案例二的區別

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一、前言

充分發揮Cortex-M7架構（STM32H743屬于Cortex-M7)的性能，必須掌握MPU的使用。實際上，提高CPU性能的不是MPU，而是Cache（高速緩存器）。在STM32上，配置了MPU才能使用Cache，Cache的配置是通過MPU設置的。總之，為了使用cache才配置MPU。
參考安富萊例程源碼，配置MPU管理512kb的AXI SRAM內存：

訪問許可為Full access（訪問不受限）

內存類型：Normal

Cache的配置為Write-back，wirte and read allocate（Cache四種配置之一）

禁止多個進程共享內存。

為什么使用Cache才能充分發揮CPU的性能?在默認的配置下，靜態內存優先使用128KB的DTCM。原因是CPU讀寫DTCM內存的速度是480M，所以一般優先使用128KB的DTCM。CPU直接讀寫其他靜態內存的速度僅僅只有200M，白白浪費CPU的480M主頻了。為了解決這個問題，Cortex-M7架構有了cache。通過提前將數據緩沖到12KB的cache，然后CPU再從cache里讀取數據，這樣就能解決當CPU讀寫AXI SRAM與SRAM1等內存時所造成的性能損失。
為什么要學習使用MPU?只有通過設置MPU才能配置cache，才能正常使用cache緩存數據。

并不是DTCM擠滿了才有機會使用MPU。比如當使用ADC+DMA采集模擬量數據時，DMA并不能將外設采集的模擬量數據存放到DTCM里，一般只能放進AXI SRAM，SRAM1，SRAM2，SRAM3里。此時，就需要使用MPU+cache提高CPU讀寫AXI RAM，SRAM1等內存的速度。

配置MPU的目的是使用cache，所以可以簡單地將MPU的設置分為三部分。第一部分是配置MPU的內存地址，第二部分是配置Cache的讀寫規則，第三部分設置保護規則（配置MPU是為了使用Cache，所以不用保護）。

二、CubeMX

2.1、Cortex interface Settings

在CubeMX上找到CORTEX_M7，使能CPU ICache與CPU DCahce。其實就是使能Cache（高速緩存器）。

2.2、Cortex Memory Protection Unit Control Settings（內存保護單元控制設置）

MPU Control Mode有四種控制模式：

Background Region Access Not Allowed + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers

Background Region Access Not Allowed + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers

Background Region Privileged access only + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers

Background Region Privileged access only + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers

MPU Control Mode選項其實就是配置MPU_CTRL寄存器：

• PRIVDEFENA ：使能特權軟件對默認內存映射的訪問
• HFNMIENA：使能在硬件故障，NMI與FAULTMASK中斷程序里操作MPU
  
  MPU的四種控制模式相當于：

Background Region Access Not Allowed + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers (PRIVDEFENA = 0 + HFNMIENA = 0)

Background Region Access Not Allowed + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers (PRIVDEFENA = 0 + HFNMIENA = 1)

Background Region Privileged access only + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers (PRIVDEFENA = 1 + HFNMIENA = 0)

Background Region Privileged access only + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers (PRIVDEFENA = 1 + HFNMIENA = 1)

2.3、Cortex Memory Protection Unit Region 0 Settings（內存保護單元區域0設置）

2.3.1、MPU Region

必須使能。

2.3.2、MPU Region Base Address（MPU區域首地址）

內存的首地址0x24000000，從編程手冊RM0433查詢到：

2.3.3、MPU Region Size（MPU區域大小）

內存的大小512KB，從編程手冊RM0433查詢到：

2.3.4、MPU SubRegion Disable

0x00表示沒有子區域。

2.3.5、MPU TEX field level（MPU TEX域等級）

配置MPU_RASR寄存器的TEX段，當前只用到000（level0）與001（level1）兩種。

2.3.6、MPU Access Permission（MPU訪問權限）

為了使用Cache才配置的MPU，所以并不需要限制訪問。設置MPU_RASR寄存器的AP段，設置Full access（訪問不受限）。

2.3.7、MPU Instruction Access ( MPU指令訪問）

必須Enable。

2.3.8、MPU Shareability Permission（MPU共享許可）

必須DISABLE。根據安富萊的教程：

2.3.9、MPU Cacheable Permission（MPU Cache許可）與 MPU Bufferable Permission（MPU 緩存許可）

這兩個配置與MPU TEX field level一起決定Memory Type(內存的類型）。

ST官方手冊對以下下四種內存類型與Cache一起使用的說明：

安富萊的STM32H7用戶手冊對這四個內存類型與Cache也有進一步的說明，更容易理解。

三、代碼

3.1、案例一

CubeMX上MPU的設置生成的代碼如下：

void MPU_Config(void) {MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};/* Disables the MPU */HAL_MPU_Disable();/** Initializes and configures the Region and the memory to be protected*/MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE; //MPU RegionMPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0; //Region 0 SettingsMPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000; //MPU Region Base AddressMPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB; //MPU Region SizeMPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0; //MPU SubRegion DisableMPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1; //MPU TEX field levelMPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; //MPU Access PermissionMPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE; //MPU Instruction AccessMPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE; //MPU Shareability PermissionMPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE; //MPU Cacheable PermissionMPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE; //MPU Bufferable PermissionHAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/* Enables the MPU */HAL_MPU_Enable(MPU_HFNMI_PRIVDEF); //MPU Enable}

3.2、案例二

void MPU_Config(void) {MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};/* Disables the MPU */HAL_MPU_Disable();/** Initializes and configures the Region and the memory to be protected*/MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0;MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/* Enables the MPU */HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);}

3.3、案例一與案例二的區別

案例一與案例二的區別在于MPU control mode不一樣，從而導致函數MPU_Config(void)里，最后一段代碼HAL_MPU_Enable( )的入口參數從MPU_HFNMI_PRIVDEF改為MPU_PRIVILEGED_DEFAULT。功能上的區別是程序要不要在硬件錯誤等中斷回調函數里處理MPU。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32H743+CubeMX-梳理MPU的设置的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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