管理STM32 MCU中的内存保护单元
1前言
本应用笔记介绍如何管理 stm32 产品中的内存保护单元（mpu）。mpu 是用于存储器保护的可选组件。stm32 微控制器（mcu）中嵌入 mpu 之后变得更稳健可靠。在使用 mpu 之前，必须对其进行编程并加以启用。如果 mpu 没有启用，则存储系统的行为不会变化。
2概述
mpu 可以使嵌入式系统更加稳健和安全：• 禁止用户应用程序破坏关键任务（例如操作系统核心）使用的数据• 将 sram 存储区域定义为非可执行（禁止执行 xn），以防止代码注入攻击• 修改存储访问属性mpu可最多保护16个内存区域。在 armv6、armv7 架构（cortex-m0+、m3、m4、m7）下，这些区域可以依次拥有 8 个子区域（前提是区域至少有 256 字节）)。
在 stm32 中，受保护区域的确切数量可能因内核和器件而有所不同，请参阅 cortex-m33 mpu 寄存器获取详细信息。子区域的大小都是相等的，可以根据子区域号进行启用或禁用。因为最小区域大小是由缓存行长度（32 字节）驱动的，所以 8 个 32 字节的子区域对应一个 256 字节的区域。区域的编号为 0 至 15。
此外，还有一处默认区域，其 id 为-1。所有编号 0-15 的存储区域的优先级高于默认区域。这些区域可以重叠，也可以嵌套。区域 0-15 的优先级由低到高，这也决定了区域重叠的方式。优先级是固定的，不可更改。在 armv8 架构（cortex-m33）中，使用起始地址和终止地址来定义区域，使开发人员能够以灵活、简单的方式组织这些区域。
此外，正是区域大小的可灵活配置得到提升，故cortex-m33就没有子区域的概念了。下图显示的示例包含六个区域。该示例显示区域 4 与区域 0 和 1 重叠。区域 5 完全包含在区域 3 内。因为优先级是递增的，所以重叠区域（橙色）优先。因此，如果区域 0 是可写的，而区域 4 不可写，那么位于区域 0 和区域 4 重叠部分的地址为不可写。
conclusion:
在 armv8 架构（cortex-m33）中，现在不允许区域重叠。由于 mpu 区域的定义更加灵活，因此没有必要重叠mpu 区域。
mpu 是统一的，意味着没有单独的区域用于数据和指令。
mpu 还可以用于定义其他存储器属性（如可缓存性），可以导出到系统级缓存单元或存储存控制器。arm 架构中的存储器属性设置可以支持两种级别的缓存：内部缓存和外部缓存。stm32f7 和 stm32h7 系列仅支持一种级别的缓存（l1-缓存）。
缓存控制由缓存控制寄存器实现全局控制，但 mpu 可以指定缓存策略以及区域是否可缓存。
2.1存储器模型
在 stm32 产品中，处理器具有固定的默认存储器映射，可提供最多 4 gb 的可寻址存储器。
3cortex-m0+/m3/m4/m7
存储器类型、寄存器和属性
存储器映射和 mpu 编程将存储器映射分为多个区域。每个区域都有已定义的存储器类型和存储器属性。存储器类型和属性决定该区域的访问行为。
3.1 存储器类型
有三种常见的存储器类型：
• 普通存储器：允许 cpu 以有效方式安排字节、半字和字的加载和存储（编译器不了解存储器区域类型）。对于普通存储器区域，cpu 不一定按照程序中列出的顺序执行加载/存储操作。
• 器件存储器：在器件区域内，负载和存储是严格按照顺序进行的。这是为了确保以正确的顺序设置寄存器。
• 强排序存储器：所有操作始终按以编程方式列出的顺序执行，cpu 会等待加载/存储指令执行（有效的总线访问）结束，然后执行程序流中的下一条指令。这可能导致性能损失。
3.2 存储器属性
区域的属性与大小寄存器（mpu_rasr）是设置所有存储器属性的地方。该表显示了 mpu_rasr 寄存器中对于区域的属性和大小的简要描述。
前一个表格中的参数详情如下：
• xn 标志位控制代码的执行。为了在区域内执行指令，特权级别必须有读访问权限，而 xn 必须为 0。否则，会产生 memmanage 报错。
• 数据访问权限（ap）字段定义存储区域的 ap。
下表对访问权限进行了说明：
• s 字段面向可共享的存储区域：存储系统在一个有多个总线主控的系统（例如，一个处理器带一个 dma 控制器）中提供总线主控之间的数据同步。强排序的存储器始终可共享。如果多个总线主控可以访问一个不可共享的存储区域，软件必须确保总线主控之间的数据一致性。stm32f7 系列和 stm32h7 系列不支持硬件一致性。s 字段相当于不可缓存的存储器。
• tex、c 和 b 位用于定义区域的缓存属性，以及（在某种程度上）可共享性。按下表对其进行编码。
在 stm32 微控制器中加入 mpu 使其稳健、可靠，而且在某些情况下更安全 - 防止应用程序任务访问或破坏其他任务使用的堆栈和数据存储器。该应用笔记描述了不同的存储器属性、类型和 mpu 寄存器。其中还提供了 mpu（使用 stm32cube hal）设置示例，以说明如何配置 stm32 mcu 中的 mpu。如需详细了解 mpu 寄存器，请参阅 cortex 内核编程手册。本应用笔记内容较长，篇幅有限仅展示部分，完整内容请点击“阅读原文”下载原文档。
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2概述
mpu 可以使嵌入式系统更加稳健和安全：• 禁止用户应用程序破坏关键任务（例如操作系统核心）使用的数据• 将 sram 存储区域定义为非可执行（禁止执行 xn），以防止代码注入攻击• 修改存储访问属性mpu可最多保护16个内存区域。在 armv6、armv7 架构（cortex-m0+、m3、m4、m7）下，这些区域可以依次拥有 8 个子区域（前提是区域至少有 256 字节）)。
在 stm32 中，受保护区域的确切数量可能因内核和器件而有所不同，请参阅 cortex-m33 mpu 寄存器获取详细信息。子区域的大小都是相等的，可以根据子区域号进行启用或禁用。因为最小区域大小是由缓存行长度（32 字节）驱动的，所以 8 个 32 字节的子区域对应一个 256 字节的区域。区域的编号为 0 至 15。
此外，还有一处默认区域，其 id 为-1。所有编号 0-15 的存储区域的优先级高于默认区域。这些区域可以重叠，也可以嵌套。区域 0-15 的优先级由低到高，这也决定了区域重叠的方式。优先级是固定的，不可更改。在 armv8 架构（cortex-m33）中，使用起始地址和终止地址来定义区域，使开发人员能够以灵活、简单的方式组织这些区域。
此外，正是区域大小的可灵活配置得到提升，故cortex-m33就没有子区域的概念了。下图显示的示例包含六个区域。该示例显示区域 4 与区域 0 和 1 重叠。区域 5 完全包含在区域 3 内。因为优先级是递增的，所以重叠区域（橙色）优先。因此，如果区域 0 是可写的，而区域 4 不可写，那么位于区域 0 和区域 4 重叠部分的地址为不可写。
conclusion:
在 armv8 架构（cortex-m33）中，现在不允许区域重叠。由于 mpu 区域的定义更加灵活，因此没有必要重叠mpu 区域。
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• 普通存储器：允许 cpu 以有效方式安排字节、半字和字的加载和存储（编译器不了解存储器区域类型）。对于普通存储器区域，cpu 不一定按照程序中列出的顺序执行加载/存储操作。
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