STM32 H743 MPU的配置使用方法

[1 STM32H743 RAM简介.... 1](#1 STM32H743 RAM简介.... 1)

[1.1 ITCM.. 1](#1.1 ITCM.. 1)

[1.2 DTCM.. 2](#1.2 DTCM.. 2)

[1.3 AXI SRAM... 2](#1.3 AXI SRAM... 2)

[1.4 SRAM1、SRAM2、SRAM3. 2](#1.4 SRAM1、SRAM2、SRAM3. 2)

[1.5 SRAM4.. 5](#1.5 SRAM4.. 5)

[1.6 Backup SRAM... 5](#1.6 Backup SRAM... 5)

[2 各部分内存实际使用方式.... 5](#2 各部分内存实际使用方式.... 5)

[2.1 通过sct文件配置各部分内存段.... 5](#2.1 通过sct文件配置各部分内存段.... 5)

[2.2 使用不同内存段定义变量.... 8](#2.2 使用不同内存段定义变量.... 8)

STM32H743 MPU简介

‌MPU 即内存保护单元，F1和F4系列也有，但是基本不用，H7为什么要使用MPU了呢？因为要使用Cache来提高性能，使用Cache的前提是必须配置MPU，所以H7的MPU基本上是用来支持Cache来使用的。

MPU 的主要功能是定义一些存储区域的访问规则， 简单的说就是内存保护、外设保护和代码访问保护，STM32H7 整个4GB存储映射空间都可以配置，但是归根结底MPU配置主要是配合Cache使用，所以后面也主要以这个为重点讲解。

1. MPU功能实现，区域划分

MPU可以配置保护16个内存区域，每个内存区域叫做一个region（这16个内存域是独立配置的），region号范围是0-15，还有默认区 default region，也叫作背景区，序号-1。由于这些内存区可以嵌套和重叠，所以这些区域在嵌套或者重叠的时候有个优先级的问题。序号15的优先级最高，以此递减，序号-1，即背景区的优先级最低。这些优先级是固定的。

上共有7个区，背景区和序号0-5的区。内存区4跟内存区0和1有重叠部分，那么重叠部分将按照内存区4的配置规则执行；内存区5被完全包含在内存区3里面，那么这部分内存区将按照内存区5的配置规则执行。

每个区域最小要求256字节，每个区域还可以配置为8个子区域。由于子区域一般都相同大小，这样每个子区域的大小就是32字节，正好跟Cache的Cache Line大小一样。

特别解释：背景区在所有region中的优先级最低，是在4GB空间内除去所有定义好的region区域以外的区域，背景区不单独配置时，其内存类型和Cache的策略与所处区域的功能相关，每个区域会有不同的MPU属性和cache策略，如下：

特别注意：可以看到表中AXI SRAM、SRAM1-4等若没有配置MPU，Cache策略默认都是cacheable，write back，此时如果使能了cache，但是MPU没有配置，作为背景区，具有write back的cache的策略，就会出现cache与RAM数据一致性的问题，会导致数据错乱，因此如果使用Cache，建议将整个RAM区域中使用到的内存块，全部进行MPU配置，确定好是否使用cache，使用什么样的cache策略。

1. MPU支持的三种内存类型：
Normal（普通内存）：用于存放代码和数据（如 Flash、SRAM），允许缓存，可以开启 Cache 来加速访问，可能乱序执行。常见的SRAM (DTCM, SRAM1/2/3/4) 中的变量、堆栈、缓冲区，Flash 中的代码段等。
Device（设备内存）：用于访问外设寄存器（如 UART、GPIO、TIM 的寄存器），不允许缓存，强制关掉 D-Cache，不会乱序执行，可缓存。包括所有外设寄存器区域（地址 0x40000000 开始）
Strongly-Ordered（强顺序内存）：最为严格的内存类型，通常用于系统控制区域，不允许缓存，强制关掉 D-Cache，不会乱序执行，不可缓存。包括系统控制寄存器（SCB、MPU 本身、NVIC等，地址 0xE0000000 开始）

其中前两种实际开发中用户最常用，第三种不常用，几乎不需要用户配置，这里需要注意的是，MPU的内存类型和Cache的策略类型不是一回事儿，Normal类型内存可能支持write back和write through类型的cache策略。

MPU配置方法
1. MPU参数详解

下面对MPU配置的各个参数进行说明，下图所示：

Enable：表示该区域是否使能MPU的配置，这个肯定是配置成MPU_REGION_ENABLE，不然MPU的配置不生效没有意义；
Number：该参数为当前配置区域的region号，范围是0-15，因为MPU支持16个区域的配置，并且区域号越大，不同区域地址重叠时优先级权限越高，有相应的宏定义，可直接使用，例如：MPU_REGION_NUMBER1；
BaseAddress：MPU配置区域的起始地址，要求32字节对齐；
Size：MPU配置区域的长度，要求32字节对齐，有相应的宏定义，可直接使用，例如：MPU_REGION_SIZE_512KB；
SubRegionDisable：用于配置是否禁用特定的子区域。每个MPU配置的region区域可以再划分为8个子区域（固定划分为8个长度相等的子区域），每个子区域大小 = 区域总大小 / 8，每个子区域用一个 bit 来控制是否被禁用（即从该 MPU 区域中排除出去）。

Bit0-Bit7分别对应子区域0-子区域7

当bit值为0时，表示当前子区域可用，当bit值为1时，表示当前子区域禁用。

默认情况下该字段都填0，不禁用任何子区域。

TypeExtField：简写为TEX，该字段配合C/B/S三个字段，共同用于设置MPU内存类型和Cache策略，该字段共三个值：MPU_TEX_LEVEL0、MPU_TEX_LEVEL1、MPU_TEX_LEVEL2，常用的只有前两个，第三个用不上；
AccessPermission：表示当前区域的访问权限，一般配置MPU都是用来使用cache，所以该字段默认都赋值全部可访问：MPU_REGION_FULL_ACCESS
DisableExec：表示该内存区域是否允许指令执行，一般存放数据的区域（如 SRAM、DMA Buffer）、栈空间（Stack）、堆（Heap）设置为禁止执行：MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE；存放程序代码的区域（Flash）、用于跳转表的 RAM（如 BootLoader 跳转代码）设置为允许执行：MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE

我们使用Cache基本都在RAM上，因此该字段直接设置成禁止执行 MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE；

IsShareable：简写为S，该字段需要配合TEX/C/B三个字段来使用，共同决定MPU内存类型和Cache策略。该字段指示当前内存区域是否可以多主控共享操作，手册中解释为多处理器之间是否可以共享一片内存的操作，例如双核CPU，两个CPU之间的共享，但是实际测试发现，如果单核CPU，在使用cache功能时使能了该字段的共享，虽然无多核操作，但是会影响cache的性能，甚至类似于no cache的情况，因此该区域配置MPU如果是为了使用cache提升性能，一定要把共享禁用，即配置为：MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE；

特别说明：该字段的共享指的是多处理器之间，CPU和DMA之间虽然可能都操作内存，但是不属于该字段控制的范畴，因此用于DMA数据处理的存储空间，该字段也要配置为禁止共享，禁止共享不会影响CPU和DMA都操作该部分空间的数据；

IsCacheable：简写为C，指示该区域是否使用cache，该字段需要配合TEX/B/S三个字段来使用，共同决定MPU内存类型和Cache策略，有相应的宏定义，可直接使用，例如：MPU_ACCESS_CACHEABLE；
IsBufferable：简写为B，指示该区域是否使用缓存，该字段需要配合TEX/C/S三个字段来使用，共同决定MPU内存类型和Cache策略，有相应的宏定义，可直接使用，例如：MPU_ACCESS_CACHEABLE；

参数设置完毕后，使用HAL_MPU_ConfigRegion()函数初始化相应区域的MPU配置

在使用HAL_MPU_Enable()函数来使能MPU功能

其中HAL_MPU_Enable()的形参有四种类型，分别是：

cpp 复制代码

#define  MPU_HFNMI_PRIVDEF_NONE      ((uint32_t)0x00000000)

#define  MPU_HARDFAULT_NMI           ((uint32_t)0x00000002)

#define  MPU_PRIVILEGED_DEFAULT      ((uint32_t)0x00000004)

#define  MPU_HFNMI_PRIVDEF           ((uint32_t)0x00000006)

这四个宏定义是用于配置MPU控制寄存器（MPU_CTRL）的参数，主要控制MPU在异常（HardFault、NMI）和特权模式下的行为，MPU_CTRL寄存器中两个相关控制位含义如下：

下面详细介绍这几个参数含义：

MPU_HFNMI_PRIVDEF_NONE：

背景区：特权模式下禁用背景区，地址未命中任何 MPU 区域会触发 MemManage Fault

HardFault/NMI：MPU 在异常发生时关闭（防止异常处理程序因 MPU 而无法执行）。

MPU_HARDFAULT_NMI：

背景区：特权模式下禁用背景区，地址未命中任何 MPU 区域会触发 MemManage Fault

HardFault/NMI：MPU 仍然生效（异常处理程序也受 MPU 约束，如果访问未配置区域，会陷入死循环无法恢复）。

MPU_PRIVILEGED_DEFAULT：

背景区：特权模式下启用背景区，未命中区域可访问，使用默认属性

HardFault/NMI：MPU 关闭（异常处理程序不受 MPU 约束，保证异常能正常处理）。

MPU_HFNMI_PRIVDEF：

背景区：特权模式下禁用背景区，地址未命中任何 MPU 区域会触发 MemManage Fault

HardFault/NMI：MPU 仍然生效（异常处理程序也受 MPU 约束）。

差异对照表：

最常用的是第三种类型：MPU_PRIVILEGED_DEFAULT

1. MPU设置与内存类型和Cache策略的对应关系

MPU配置内存类型和Cache策略与TEX、C、B、S几个参数相关，不同参数设置对应的不同内存类型和Cache策略具体如下：

关键说明：

Write-Back 分为两种：Write-Allocate (TEX=001, C=1, B=1) 和 No-Allocate (TEX=000, C=1, B=1)。

STM32H7 的算法计算区应使用 TEX=001, C=1, B=1 (Write-Allocate) 以获得最高性能。

外设寄存器必须使用 Device 类型 (TEX=000, C=0, B=1)，不允许缓存。

对于S位的设置如下：

对于常见的应用场景可配置如下：

1. MPU配置代码实例

cpp 复制代码

void MPU_Config(void)
{
	////↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓MPU配置实例↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓////
	/*
	 * 1.DTCM:不进行MPU和Cache的策略配置，直接使用，用于存放程序启动的栈、.bss、.data以及程序中使用的各种全局、静态变量
	 * 2.AXI SRAM:MPU内存类型全部配置为Normal，允许Cache，Cache策略全部配置为Write back，来获取最高性能，用于存放算法和程序过程中
	 * 使用的各种全局、静态变量，DMA读写的变量不要放在该区域，否则会存在数据一致性的问题，那样就需要手动维护Cache的数据
	 * 一致性，比较容易出错，风险高，如果只有CPU操作Cache和RAM，则不需要手动维护Cache数据的一致性问题
	 * 3.SRAM1-SRAM3:设置与AXI SRAM一致
	 * 4.SRAM4:MPU内存类型全部配置为Normal，不允许Cache，设置为No Cache，用于外设DMA的数据读写使用，因为没有使能Cache，
	 * 因此DMA和CPU都是直接操作内存数据，无数据一致性问题，但是性能比启用cache稍慢，如果DMA数据区只是拷贝数据，
	 * 不直接参与算法计算，则性能损耗几乎无影响
	 */
	
	//MPU初始化结构体
  MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

  //初始化前先禁止MPU
  HAL_MPU_Disable();
  
	//AXI SRAM区域的MPU设置
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;									//配置的该内存区域是否使能
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;									//配置的该内存区域的region编号（0-15）
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;										//配置的该内存区域的起始地址（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;								//配置的该内存区域的长度（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0;											//配置的该内存区域是否要有禁用的子区域
  MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;								//TEX,与C/B位共同决定内存类型和缓存策略
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;		//配置的该内存区域访问权限
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE;//配置的该内存区域是否允许指令执行
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;			//配置的该内存区域是否允许多主控共享
  MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;					//配置的该内存区域是否允许Cache,与TEX/B位共同决定内存类型和缓存策略
  MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;				//配置的该内存区域是否允许缓存,与TEX/C位共同决定内存类型和缓存策略
	//初始化MPU配置
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

	//SRAM1区域的MPU设置
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER2;									//配置的该内存区域的region编号（0-15）
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30000000;										//配置的该内存区域的起始地址（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_128KB;								//配置的该内存区域的长度（要求32字节对齐）
	//初始化MPU配置
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

	//SRAM2区域的MPU设置
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER3;									//配置的该内存区域的region编号（0-15）
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30020000;										//配置的该内存区域的起始地址（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_128KB;								//配置的该内存区域的长度（要求32字节对齐）
	//初始化MPU配置
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

	//SRAM3区域的MPU设置
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER4;									//配置的该内存区域的region编号（0-15）
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30040000;										//配置的该内存区域的起始地址（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_32KB;									//配置的该内存区域的长度（要求32字节对齐）
	//初始化MPU配置
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

	//SRAM4区域的MPU设置-DMA数据区，不可cache，不可缓存，no cache策略
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;									//配置的该内存区域是否使能
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER5;									//配置的该内存区域的region编号（0-15）
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x38000000;										//配置的该内存区域的起始地址（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_64KB;									//配置的该内存区域的长度（要求32字节对齐）
  MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0;											//配置的该内存区域是否要有禁用的子区域
  MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;								//TEX,与C/B位共同决定内存类型和缓存策略
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;		//配置的该内存区域访问权限
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE;//配置的该内存区域是否允许指令执行
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;			//配置的该内存区域是否允许多主控共享
  MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;			//配置的该内存区域是否允许Cache,与TEX/B位共同决定内存类型和缓存策略
  MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;		//配置的该内存区域是否允许缓存,与TEX/C位共同决定内存类型和缓存策略
	//初始化MPU配置
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);


  //使能MPU配置
  HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}