MPU(内存保护单元)
, f( n' d" ^$ f1. 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。
2 A6 Z3 j( }  C# `; v; B- Z参考：
3 R3 O: t. z* p' Z1 t# o5 V2 HSTM32F7中文参考手册.pdf
5 V$ W; P% k1 E. A' X1 B# }  e6 xSTM32F7编程手册.pdf
STM32 MPU说明.pdf
Cortex M3权威指南(中文).pdf
  o8 S& p' `1 f3 wSTM32F7开发指南-寄存器版本_V1.0.pdf
8 _  ^6 H2 r  b( E8 A) e" l
- }  t5 C' u5 E" @" ^2. 操作模式和特权级别
详情------Cortex M3权威指南(中文).pdf-----chpt02
  {  n, Z& Q" u4 e
& F# K8 V" r: y5 H) s4 q2.1操作模式
Handler模式：异常服务相关的代码
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。
- V- v5 A$ R! F0 C' |
2.2 特权级别
分：a.特权级 b.用户级
$ C& v( O' y; F& A! d. Y" l% [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。

+ E: g9 x* ^: H# K) w" P$ ]) v( j$ \' v2.3 联系

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。

% h6 k( ^; r7 o/ ?

4 Z: G9 V) D6 l# s! `9 @" `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。
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。

" R' ?1 u& Y0 \& g9 z( j9 O3. MPU
Memory Protect Uint-----内存保护单元
1 E2 g6 M3 Q* k7 J' V0 e
" M* i0 `% x2 a& ?' _( S9 `3.1 作用
参考了以上的PDF，大致说了以下的作用。
3 |/ J" O0 E/ i& R, v. I

# n9 `6 G5 W" ]- H7 c% o
% e  G3 I. w( a' `  p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。

8 B) B5 R1 W2 W* u6 H3.2 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

" a, g9 G. J: `% b0 T: L7 ^* }7 _& u背景区
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
$ o/ Y- h: H* B" S9 I* m2 x, \8 TM3权威指南中的MPU寄存器

. U/ p4 C+ [5 ^3 q6 Y
原子教程中的寄存器
& d: |4 d* w3 E2 i
$ R; e; ^4 H; B' `

2 i9 ^. K- {/ g( {/ |M7 MPU手册
8 ~- h- j# n$ J5 v& i& Z5 h
" \2 p, w7 K3 B9 h# o; e+ X

- \& P6 D! J6 s8 H8 u: ?MDK工程中MPU控制器的寄存器
2 G% s" E/ s) p& F: ^8 q

+ d: y  h2 E1 C# v9 I1 A% |. e. A其中
/ p5 U( D1 @! _

1. #if (__MPU_PRESENT == 1U)
   : V. X* H% H4 R  _1 K' S" u
2.   #define MPU_BASE          (SCS_BASE +  0x0D90UL)                    /*!< Memory Protection Unit */
   1 r8 v* G4 Y* N* q3 K9 P
3.   #define MPU               ((MPU_Type       *)     MPU_BASE      )   /*!< Memory Protection Unit */
   
4. #endif
   
5. 
   ( _3 D5 C, n  Q/ I
6. 
   
7. #define SCS_BASE            (0xE000E000UL)                            /*!< System Control Space Base Address */

复制代码

+ ~3 ]8 j* G: p4 L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。
* V1 L9 j3 |2 I7 e  y3 K
MPU 控制寄存器（CTRL）
) w7 `. j. m1 i; B

4 H: w' V; d1 S6 U! C* a: Z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。
  m1 e$ N, V) q( ?" ^1 MHFNMIENA：用于在NM1或者FAULT中断关闭MPU
ENABLE:使能
7 m* O8 g9 }# T# J9 S  s- e
编号寄存器（RNR）

8 F2 J8 I2 E  w1 f

, |, g7 e7 Q4 ~& J& `
, }0 A% @; k9 K$ t* i7 u, S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。
+ h. i' R: ^4 j; k6 x7 E
MPU 基地址寄存器（RBAR）

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。
  I8 ^5 g/ A& ^2 D$ c
' H2 z# e& U. \5 Q* |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

7 e$ K7 L( p& f: xMPU 区域属性和容量寄存器（RASR）

" Q% L: {' Q0 U
' ~7 w! |- C9 n  [- QXN:设置的REGION区管理范围是否允许取指
) b. z9 _' g7 fAP：基本是6种形式。
! T, ?6 N; z2 f) E) G  E0 U

- t  X8 E1 a  R& d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。
+ q$ v  r7 ]3 W3 F) UTXE,C,B,S
* V$ R$ H- }3 L) l* j5 \! b# f* |

6 _8 h, g" Q; ~3 Y; J$ s

7 n+ K* @) ~( B2 v其中：
) M% |* n7 M0 R) s! Q强序-------------按照程序一条指令一条指令顺序执行。
! b9 [( S' R- O9 x: s8 A& p3 ]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。
; i) `$ }; m3 U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。
" h# G1 D& {  ^1 e8 i  D( L缓存-----------CACHE，有命中和MISS，可能造成数据不一致，但是效率较快。
' |+ z  _3 P/ W0 U$ ~; d+ v$ x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。
8 ~% r# {3 P* s/ T( g* V写通-----------CPU更新数据时，CACHE和主存都更新。

注意
/ m+ j% r. W- ^0 q. UM3权威指南中，P195，需要SHCSR使能MEM中断。

" W' S! h9 y7 e" g) @) H3.3 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
& q* Y$ U7 k% W' h1 G0 V

1. /**************************
   % r8 |) s" ~" H* V
2.         名称：STM32F7_MPU_INIT
   
3.         功能：MPU初始化
   
4.         参数：无
   1 e# s; w. N  m+ _2 |7 U0 y/ g
5.         返回值：无
   
6. ***************************
   
7. */
   
8. void STM32F7_MPU_INIT(void)
   
9. {
   8 ]. \! y. y( q/ u
10.                 u8 i = 0;
    + H+ h! J2 }5 r0 g1 ]! w$ R; @
11.                 u32 rasr = 0;
    
12.                
    
13.                 STM32F7_MPU_DISABLE();                // 关闭MPU        
    
14.                 //MPU->CTRL &= ~(1<<2);                        // 背景区
    : O4 [) ^( ]3 S
15.                 MPU->CTRL |= (1<<2);                        // 背景区
    : E/ g" }* Q! \, ?. @: j# q8 h2 i
16.                 MPU->CTRL &= ~(1<<1);                        // 不强制除能MPU
    3 b! R9 ~! u. U+ V
17.                 MPU->RNR &= ~(0X7<<0);                // 配置哪个区，只有低3位有效
    
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
    
21.                 MPU->RBAR|=0X20002000;                // 地址0x20020000
    : y/ x9 _5 y4 a. B8 l9 o8 Z* y; |/ l
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
    ! s  S, c, t; ?! t6 h7 B
24.                 rasr &= ~(0X7<<24);        // AP：101只读
    . I. P  b2 ^5 G: u$ T
25.                 rasr |= (5<<24);
    
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);
    
28.                 rasr &= ~(7<<16);
    9 |9 w4 d( x0 \; \; X% x
29.                 //rasr |= (1<<16);
    / P; C$ [8 f  i$ u; i" {
30.                 rasr &= ~(8<<8);                        // 不使用子区域
    ; H3 d; I2 h2 ]0 G$ q1 g, s
31.                 rasr &= ~(0X1F<<1);        // 64K = 2^(15+1)
    # v" o) n, |& S
32.                 rasr |= (6<<1);
    6 S3 V' o$ x2 Z7 F9 Y
33.                 rasr|= (1<<0);                        // 使能该区
    
34.                 MPU->RASR = rasr;
    4 A5 t2 E; @6 S4 J
35.                 // 使能MPU
    " K) s; Y/ K' C, M' m* ?
36.                 SCB->SHCSR|=1<<16;                //使能MemManage
    & g' W4 j+ \( q0 ]
37.                 MPU->CTRL |= (1<<0);
    : `: N3 [: q9 _3 K
38. }

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9 ]" O  G7 c* A* o8 A测试，写入一个值，即进入MEM中断
+ c) ?: W8 M1 D# B! E
6 H9 J* f0 E4 E5 G' E7 T6 I

1. u32 mpu_test __attribute__((at(0X20002000)));
   
2. void MPU_Test(void)
   $ J2 u  U- S' g, n4 ?5 K( F4 ^
3. {
   + p& e- n3 u/ \4 f$ P
4.                 u8 key = 0;
   
5.                 key = KEY_Scan(1);
   
6.                 if (key!=0)
   
7.                 {
   
8.                                 mpu_test = 20;
   ' {$ A7 h% C2 W7 g
9.                 }
   
10. }
    

复制代码

% {' h: ^$ F0 v( f" @
6 f( N0 b. }! x2 M& v/ W