MPU(内存保护单元)
1. 前言
在跟项目过程中，使用的F7和H7两个芯片，在用FSMC和FPGA通信时，由于其CACHE的原因，导致数据一直出错，后来通过加入MPU顺利解决此问题。因此，去学习了一下MPU，在此记录下学习的笔记，可能有理解错误的地方，欢迎指出。
8 ?! H4 d/ L: u' P" N" E5 y9 n2 C参考：
STM32F7中文参考手册.pdf
# S2 A3 X3 f: }9 L2 T/ E. PSTM32F7编程手册.pdf
STM32 MPU说明.pdf
& E. K4 N' m- \9 ICortex M3权威指南(中文).pdf
0 v3 N9 ^! {* \! R) z' `' @9 ?STM32F7开发指南-寄存器版本_V1.0.pdf

2. 操作模式和特权级别
详情------Cortex M3权威指南(中文).pdf-----chpt02
) Z/ r' X. ^) \  W% `, W: j
3 F  Z2 @% b( Y$ L7 B! f% o% A2.1操作模式
8 `: V8 h& E( {6 x" sHandler模式：异常服务相关的代码
! @! d9 O. W6 A线程模式：普通应用相关的代码
个人理解是如中断服务程序的代码与正常执行的代码。

2.2 特权级别
分：a.特权级 b.用户级
区别在于对存储器的访问权限不同，特权级相当于管理员权限，除了MPU限制的区域外其他都可以访问，而并不是所有区域都对用户级开放。
4 u+ x' t, W6 A6 N9 h, w3 l
. T" x: y, [$ Z& l4 N% t* i6 Z2.3 联系

& P9 p/ D% I* }/ p# \+ ^3 V+ L1 o& [正常执行的应用程序代码，对特权级和用户级开放；但是异常代码如中断服务程序，仅能对特权级开放。

' r; ?2 j/ `( _& m6 U4 y

如图：当产生异常时要去执行异常代码，执行完成返回到断点。而无论在用户级还是特权级线程模式下，即使是用户级，在进入handler代码时也会暂时被提升到特权级模式，因为handler模式不能被用户级访问。
特权级可任意访问，包括切换到用户级，仅需要修改CONTROL寄存器即可。
' x* o" b+ f+ u) o# O! ]) I但是用户级切换到特权级不同，需要先申诉(执行SVC指令，触发该异常，进入异常服务代码)，由于异常服务代码中是特权级模式，因此可以任意修改CONTROL寄存器，这样才能将用户级----转换---->特权级。
$ ?+ _/ d1 V! ?/ E
3. MPU
) Y1 v6 e' {( k7 b. hMemory Protect Uint-----内存保护单元
3 C$ z  P- K) ]& q0 B
% v: _0 f! z( `: n3.1 作用
4 _2 Q8 W& b3 A. j* }参考了以上的PDF，大致说了以下的作用。
) ^' J; Z+ E$ x; c+ F' G

* n1 M" H. O  K5 {7 w其实更多给我的理解是：通过MPU对存储器的某些区域进行属性设置，设置其对特权级/用户级开放，可读可写/只读/只写、禁止访问、全访问、支持/禁止CACHE、缓冲等等的属性，通过MPU管理存储器，不至于某块内存被非法访问、数据破坏、CACHE等等。

3.2 REGION（区）
STM32F7支持8个区，也就是说，MPU控制器通过8个区来管理存储器。
如果8个区不够，每个区都可以再细分为8个子区。大概理解图如下
1 f8 H$ ^2 K5 h& W3 f: A- L

! v* v. K0 W" {# M( G背景区
5 p  d, a' f1 x9 i: v背景区，即没有被设置到MPU管理区的其他所有地址，背景区只能被特权级访问。否则出现MemManage异常，如果开了MemManage，会进入MemManage中断服务程序。

3.3 MPU寄存器
M3权威指南中的MPU寄存器

4 ]+ J: x  A2 z) R/ Y& ~原子教程中的寄存器
3 ]( H1 }5 E+ F9 o9 y- x# L) G

M7 MPU手册
1 H0 `7 ]* F- P6 v; h

! ]" v1 K4 r. W' T' t9 FMDK工程中MPU控制器的寄存器

5 {# _  n9 p" B. C8 ~) m2 }& u
其中
9 c# c: |. T  s7 D/ k, w7 ?8 W

1. #if (__MPU_PRESENT == 1U)
   
2.   #define MPU_BASE          (SCS_BASE +  0x0D90UL)                    /*!< Memory Protection Unit */
   ! H8 k1 C( M+ X3 t3 K
3.   #define MPU               ((MPU_Type       *)     MPU_BASE      )   /*!< Memory Protection Unit */
   
4. #endif
   
5. 
   
6. 
   
7. #define SCS_BASE            (0xE000E000UL)                            /*!< System Control Space Base Address */

复制代码

3 J1 U4 |5 m! a3 Z4 l; \: M可以看出MPU指向0xE000ED90，并结合MPU_Type类型，可以推算出，其每个寄存器的地址，都和M3权威手册中的寄存器对得上，因此放心操作。

MPU 控制寄存器（CTRL）
3 p" b4 C2 `; Z5 e4 b8 o: K# I

9 Q( D5 K; ?5 j$ g% f8 J
' K6 `" x8 j9 [3 z7 Q2 n仅三个位有效
PRIVDEFENA：配置为1，特权级能访问背景区，用户级不行，而配置为0，仅能访问REGION区，其他都会出错，包括属于背景区的区域。
0 `: `# L7 i8 a3 }+ Q' f* W! vHFNMIENA：用于在NM1或者FAULT中断关闭MPU
ENABLE:使能
4 X7 k5 G$ S8 Q+ R; d
8 l: Z; T9 m: ]& ^3 m编号寄存器（RNR）

配置每个区时要先写该寄存器，MPU控制器就知道在配置哪个区。比如要配置REGION 1,需要向RNR寄存器写入一个1；配置好后需要配置REGION5，仍向RNR写入5。

MPU 基地址寄存器（RBAR）
( Q/ O1 x, W& T

/ f: D3 h  t+ ?0 R5 d& W0 H/ H; d
一般不适用VALID位和REGION位，这两位的意思是覆盖RNR里面的值，也就是这两个的值才是我们正在配置的REGION,RNR不生效。

ADDR：配置MPU某个REGION管理的存储器的基地址，要求是----需要该地址需要是REGION大小的整数倍，比如REGION1设置为64K，那么ADDR的值需要如0X0001 0000、0X0002 0000等，0X0001000065536/102464K刚刚好

MPU 区域属性和容量寄存器（RASR）
  i5 ~: O! Y7 f4 A
( x$ ]' Y! u: H& O7 {' d* ^

, H$ v: R) B% K& O* ^3 e; }XN:设置的REGION区管理范围是否允许取指
: m/ c7 O7 D$ I: MAP：基本是6种形式。
* Y9 q8 x' t3 q

分别是：全禁止(任何级别不可读写)，只特权可读可写，用户级不可写，任何级别可读可写，只特权只读，只读。
TXE,C,B,S

3 o* H6 H5 r1 O

; o9 L0 y; e" Y2 |  y1 d

% o4 E+ V3 q- n) U. |
其中：
- H% l! g" _; a& F, R+ t# }0 j, T强序-------------按照程序一条指令一条指令顺序执行。
共享------------一块内存可同时被多个设备访问，比如两个DMA同时访问某个区域。
0 p$ z6 h/ S6 o9 |) k4 ?7 ?缓冲------------类似有个缓冲器，但是要考虑是否有数据缓冲的阈值，未验证。
) g* Q- @' M) U) l, M) n缓存-----------CACHE，有命中和MISS，可能造成数据不一致，但是效率较快。
写回-----------CPU更新到CACHE，仅当需要丢弃时CPU将数据更新到主存，期间数据不一致。
写通-----------CPU更新数据时，CACHE和主存都更新。

注意
0 v( F+ ~! z3 M* a1 n; v7 `' e! LM3权威指南中，P195，需要SHCSR使能MEM中断。

$ |1 u# @8 x& q  I- g( W) W% S+ K3.3 相关代码
初始化，将SRAM 0X20002000设置为128字节，不可共享/缓冲/CACHE，且只能特权级读

1. /**************************
   
2.         名称：STM32F7_MPU_INIT
     s' k* B6 u& I2 x" e
3.         功能：MPU初始化
   & H% Y8 @3 f  C! b4 r# `! E+ R
4.         参数：无
   
5.         返回值：无
   1 ~! D2 ~! i3 v" Q/ s; X
6. ***************************
   
7. */
   $ `- z) h8 p$ N5 g- v  `
8. void STM32F7_MPU_INIT(void)
   9 E0 E) S4 e; r3 c& I  R
9. {
   
10.                 u8 i = 0;
    
11.                 u32 rasr = 0;
    
12.                
    
13.                 STM32F7_MPU_DISABLE();                // 关闭MPU        
    ; A/ ]1 b: ]7 k) n9 F
14.                 //MPU->CTRL &= ~(1<<2);                        // 背景区
    : ?4 z+ n3 T" B% F
15.                 MPU->CTRL |= (1<<2);                        // 背景区
    
16.                 MPU->CTRL &= ~(1<<1);                        // 不强制除能MPU
    
17.                 MPU->RNR &= ~(0X7<<0);                // 配置哪个区，只有低3位有效
    $ g- z; S- D2 L/ Q; N
18.                 MPU->RNR |= ((0)&(0X7));        // 使用1区
    
19.                 MPU->RASR=0;                                                        // RASR清0
    
20.                 MPU->RBAR&=~(0X1F);                                // 不认可region位
    # F6 z; p1 q' ]. I4 d* c
21.                 MPU->RBAR|=0X20002000;                // 地址0x20020000
    
22.                 rasr &= ~(1<<28);                        // XN : 1禁止取指  0允许取指
    
23.                 //rasr |= (1<<28);                        // XN : 1禁止取指  0允许取指
    $ ?- Y1 Q* v6 e* J) G6 h
24.                 rasr &= ~(0X7<<24);        // AP：101只读
    
25.                 rasr |= (5<<24);
    / B, w: c  Z& C0 Q+ |
26.                 rasr &= ~(0X7<<19);        // TEX：001  C:0 B:0  S:0  片内外不可缓存型内存
    
27.                 //rasr |= (1<<19);
    ( [( T7 W; \# S1 u! O
28.                 rasr &= ~(7<<16);
    
29.                 //rasr |= (1<<16);
    
30.                 rasr &= ~(8<<8);                        // 不使用子区域
    0 G" p- a2 B# W, K! q& _
31.                 rasr &= ~(0X1F<<1);        // 64K = 2^(15+1)
    2 u6 t9 I" N- W! d
32.                 rasr |= (6<<1);
    2 k2 B" `9 M' Z
33.                 rasr|= (1<<0);                        // 使能该区
    
34.                 MPU->RASR = rasr;
    
35.                 // 使能MPU
    ' @3 _9 M/ W1 x0 V- N
36.                 SCB->SHCSR|=1<<16;                //使能MemManage
    0 V$ y" m  ~3 _  O9 f
37.                 MPU->CTRL |= (1<<0);
    
38. }

复制代码

4 Z: t4 U8 m6 d' ^, G9 G; ~( S测试，写入一个值，即进入MEM中断
! J0 u8 A- u( e9 T5 X) ?: u" `3 ]

1. u32 mpu_test __attribute__((at(0X20002000)));
   ( c% F2 ^/ H. c$ w  E, p
2. void MPU_Test(void)
   
3. {
   + B# O: _  T+ y
4.                 u8 key = 0;
   
5.                 key = KEY_Scan(1);
   
6.                 if (key!=0)
   - L1 h8 z% R2 }) ^
7.                 {
   
8.                                 mpu_test = 20;
   0 C, l1 f' q+ F$ J' U" z. `6 E
9.                 }
   
10. }
    " W# \: E% h: L+ s+ d: a( ^# T

复制代码

# y% ?! a3 }' [. E# S, S