STM32H743+CubeMX-梳理MPU的设置
文章目录
- 一、前言
- 二、CubeMX
- 2.1、Cortex interface Settings
- 2.2、Cortex Memory Protection Unit Control Settings（内存保护单元控制设置）
- 2.3、Cortex Memory Protection Unit Region 0 Settings（内存保护单元区域0设置）
- 2.3.1、MPU Region
- 2.3.2、MPU Region Base Address（MPU区域首地址）
- 2.3.3、MPU Region Size（MPU区域大小）
- 2.3.4、MPU SubRegion Disable
- 2.3.5、MPU TEX field level（MPU TEX域等级）
- 2.3.6、MPU Access Permission（MPU访问权限）
- 2.3.7、MPU Instruction Access ( MPU指令访问）
- 2.3.8、MPU Shareability Permission（MPU共享许可）
- 2.3.9、MPU Cacheable Permission（MPU Cache许可）与 MPU Bufferable Permission（MPU 缓存许可）
- 三、代码
- 3.1、案例一
- 3.2、案例二
- 3.3、案例一与案例二的区别
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一、前言
充分发挥Cortex-M7架构（STM32H743属于Cortex-M7)的性能，必须掌握MPU的使用。实际上，提高CPU性能的不是MPU，而是Cache（高速缓存器）。在STM32上，配置了MPU才能使用Cache，Cache的配置是通过MPU设置的。总之，为了使用cache才配置MPU。
参考安富莱例程源码，配置MPU管理512kb的AXI SRAM内存：
- 访问许可为Full access（访问不受限）
- 内存类型：Normal
- Cache的配置为Write-back，wirte and read allocate（Cache四种配置之一）
- 禁止多个进程共享内存。
为什么使用Cache才能充分发挥CPU的性能?在默认的配置下，静态内存优先使用128KB的DTCM。原因是CPU读写DTCM内存的速度是480M，所以一般优先使用128KB的DTCM。CPU直接读写其他静态内存的速度仅仅只有200M，白白浪费CPU的480M主频了。为了解决这个问题，Cortex-M7架构有了cache。通过提前将数据缓冲到12KB的cache，然后CPU再从cache里读取数据，这样就能解决当CPU读写AXI SRAM与SRAM1等内存时所造成的性能损失。
为什么要学习使用MPU?只有通过设置MPU才能配置cache，才能正常使用cache缓存数据。
并不是DTCM挤满了才有机会使用MPU。比如当使用ADC+DMA采集模拟量数据时，DMA并不能将外设采集的模拟量数据存放到DTCM里，一般只能放进AXI SRAM，SRAM1，SRAM2，SRAM3里。此时，就需要使用MPU+cache提高CPU读写AXI RAM，SRAM1等内存的速度。
配置MPU的目的是使用cache，所以可以简单地将MPU的设置分为三部分。第一部分是配置MPU的内存地址，第二部分是配置Cache的读写规则，第三部分设置保护规则（配置MPU是为了使用Cache，所以不用保护）。
二、CubeMX
2.1、Cortex interface Settings
在CubeMX上找到CORTEX_M7，使能CPU ICache与CPU DCahce。其实就是使能Cache（高速缓存器）。
2.2、Cortex Memory Protection Unit Control Settings（内存保护单元控制设置）
MPU Control Mode有四种控制模式：
- 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选项其实就是配置MPU_CTRL寄存器：
- PRIVDEFENA ：使能特权软件对默认内存映射的访问
- HFNMIENA：使能在硬件故障，NMI与FAULTMASK中断程序里操作MPU
MPU的四种控制模式相当于：
- 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（内存保护单元区域0设置）
2.3.1、MPU Region
必须使能。
2.3.2、MPU Region Base Address（MPU区域首地址）
内存的首地址0x24000000，从编程手册RM0433查询到：
2.3.3、MPU Region Size（MPU区域大小）
内存的大小512KB，从编程手册RM0433查询到：
2.3.4、MPU SubRegion Disable
0x00表示没有子区域。
2.3.5、MPU TEX field level（MPU TEX域等级）
配置MPU_RASR寄存器的TEX段，当前只用到000（level0）与001（level1）两种。
2.3.6、MPU Access Permission（MPU访问权限）
为了使用Cache才配置的MPU，所以并不需要限制访问。设置MPU_RASR寄存器的AP段，设置Full access（访问不受限）。
2.3.7、MPU Instruction Access ( MPU指令访问）
必须Enable。
2.3.8、MPU Shareability Permission（MPU共享许可）
必须DISABLE。根据安富莱的教程：
2.3.9、MPU Cacheable Permission（MPU Cache许可）与 MPU Bufferable Permission（MPU 缓存许可）
这两个配置与MPU TEX field level一起决定Memory Type(内存的类型）。
ST官方手册对以下下四种内存类型与Cache一起使用的说明：
安富莱的STM32H7用户手册对这四个内存类型与Cache也有进一步的说明，更容易理解。
三、代码
3.1、案例一
CubeMX上MPU的设置生成的代码如下：
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、案例一与案例二的区别
案例一与案例二的区别在于MPU control mode不一样，从而导致函数MPU_Config(void)里，最后一段代码HAL_MPU_Enable( )的入口参数从MPU_HFNMI_PRIVDEF改为MPU_PRIVILEGED_DEFAULT。功能上的区别是程序要不要在硬件错误等中断回调函数里处理MPU。
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