STM32H743+CubeMX-梳理MPU的设置

相关笔记:


STM32H743+CubeMX-将变量定义到指定的内存


STM32CubeIDE教程-查看FLASH与RAM细节

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:

  1. 访问许可为Full access(访问不受限)
  2. 内存类型:Normal
  3. Cache的配置为Write-back,wirte and read allocate(Cache四种配置之一)
  4. 禁止多个进程共享内存。
    在这里插入图片描述
    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。
    在这里插入图片描述
    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。
    在这里插入图片描述
    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)。
    在这里插入图片描述

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)。
在这里插入图片描述

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:

  1. Background Region Access Not Allowed + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers
  2. Background Region Access Not Allowed + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers
  3. Background Region Privileged access only + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers
  4. Background Region Privileged access only + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers
    在这里插入图片描述
    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
    在这里插入图片描述
    MPU的四种控制模式相当于:
  1. Background Region Access Not Allowed + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers (PRIVDEFENA = 0 + HFNMIENA = 0)
  2. Background Region Access Not Allowed + MPU Enable during hard fault , NMI and FAULTMASK handers (PRIVDEFENA = 0 + HFNMIENA = 1)
  3. Background Region Privileged access only + MPU Disable during hard fault , NMI and FAULTMASK handlers (PRIVDEFENA = 1 + HFNMIENA = 0)
  4. 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:
在这里插入图片描述

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:
在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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)。
在这里插入图片描述

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:
在这里插入图片描述

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)。
在这里插入图片描述
ST官方手册对以下下四种内存类型与Cache一起使用的说明:
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述

三、代码

3.1、案例一

在这里插入图片描述
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 Region
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;                   //Region 0 Settings
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;                      //MPU Region Base Address
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;                  //MPU Region Size
  MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0;                        //MPU SubRegion Disable
  MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;                 //MPU TEX field level
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;     //MPU Access Permission
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;   //MPU Instruction Access
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;        //MPU Shareability Permission
  MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;            //MPU Cacheable Permission
  MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;          //MPU Bufferable Permission

  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
  /* Enables the MPU */
  HAL_MPU_Enable(MPU_HFNMI_PRIVDEF);  //MPU Enable

}

3.2、案例二

在这里插入图片描述

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。

版权声明:本文为CSDN博主「Wallace Zhang」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/wallace89/article/details/117233443

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Wallace Zhang

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