1、前言

本应用笔记介绍如何管理 STM32 产品中的内存保护单元（MPU）。MPU 是用于存储器保护的可选组件。STM32 微控制器（MCU）中嵌入 MPU 之后变得更稳健可靠。在使用 MPU 之前，必须对其进行编程并加以启用。如果 MPU 没有启用，则存储系统的行为不会变化。

2、概述

MPU 可以使嵌入式系统更加稳健和安全：• 禁止用户应用程序破坏关键任务（例如操作系统核心）使用的数据• 将 SRAM 存储区域定义为非可执行（禁止执行 XN），以防止代码注入攻击• 修改存储访问属性MPU可最多保护16个内存区域。在 Armv6、Armv7 架构（Cortex-M0+、M3、M4、M7）下，这些区域可以依次拥有 8 个子区域（前提是区域至少有 256 字节）)。

在 STM32 中，受保护区域的确切数量可能因内核和器件而有所不同，请参阅 Cortex-M33 MPU 寄存器获取详细信息。子区域的大小都是相等的，可以根据子区域号进行启用或禁用。因为最小区域大小是由缓存行长度（32 字节）驱动的，所以 8 个 32 字节的子区域对应一个 256 字节的区域。区域的编号为 0 至 15。

此外，还有一处默认区域，其 id 为-1。所有编号 0-15 的存储区域的优先级高于默认区域。这些区域可以重叠，也可以嵌套。区域 0-15 的优先级由低到高，这也决定了区域重叠的方式。优先级是固定的，不可更改。在 Armv8 架构（Cortex-M33）中，使用起始地址和终止地址来定义区域，使开发人员能够以灵活、简单的方式组织这些区域。

此外，正是区域大小的可灵活配置得到提升，故Cortex-M33就没有子区域的概念了。下图显示的示例包含六个区域。该示例显示区域 4 与区域 0 和 1 重叠。区域 5 完全包含在区域 3 内。因为优先级是递增的，所以重叠区域（橙色）优先。因此，如果区域 0 是可写的，而区域 4 不可写，那么位于区域 0 和区域 4 重叠部分的地址为不可写。

Conclusion:

在 Armv8 架构（Cortex-M33）中，现在不允许区域重叠。由于 MPU 区域的定义更加灵活，因此没有必要重叠MPU 区域。 

MPU 是统一的，意味着没有单独的区域用于数据和指令。

MPU 还可以用于定义其他存储器属性（如可缓存性），可以导出到系统级缓存单元或存储存控制器。Arm 架构中的存储器属性设置可以支持两种级别的缓存：内部缓存和外部缓存。STM32F7 和 STM32H7 系列仅支持一种级别的缓存（L1-缓存）。 

缓存控制由缓存控制寄存器实现全局控制，但 MPU 可以指定缓存策略以及区域是否可缓存。

2.1存储器模型 

在 STM32 产品中，处理器具有固定的默认存储器映射，可提供最多 4 Gb 的可寻址存储器。

3、  Cortex-M0+/M3/M4/M7 

存储器类型、寄存器和属性

存储器映射和 MPU 编程将存储器映射分为多个区域。每个区域都有已定义的存储器类型和存储器属性。存储器类型和属性决定该区域的访问行为。

3.1 存储器类型

有三种常见的存储器类型： 

• 普通存储器：允许 CPU 以有效方式安排字节、半字和字的加载和存储（编译器不了解存储器区域类型）。对于普通存储器区域，CPU 不一定按照程序中列出的顺序执行加载/存储操作。 

• 器件存储器：在器件区域内，负载和存储是严格按照顺序进行的。这是为了确保以正确的顺序设置寄存器。 

• 强排序存储器：所有操作始终按以编程方式列出的顺序执行，CPU 会等待加载/存储指令执行（有效的总线访问）结束，然后执行程序流中的下一条指令。这可能导致性能损失。

3.2 存储器属性

区域的属性与大小寄存器（MPU_RASR）是设置所有存储器属性的地方。该表显示了 MPU_RASR 寄存器中对于区域的属性和大小的简要描述。

前一个表格中的参数详情如下： 

• XN 标志位控制代码的执行。为了在区域内执行指令，特权级别必须有读访问权限，而 XN 必须为 0。否则，会产生 MemManage 报错。 

• 数据访问权限（AP）字段定义存储区域的 AP。

下表对访问权限进行了说明：

• S 字段面向可共享的存储区域：存储系统在一个有多个总线主控的系统（例如，一个处理器带一个 DMA 控制器）中提供总线主控之间的数据同步。强排序的存储器始终可共享。如果多个总线主控可以访问一个不可共享的存储区域，软件必须确保总线主控之间的数据一致性。STM32F7 系列和 STM32H7 系列不支持硬件一致性。S 字段相当于不可缓存的存储器。 

• TEX、C 和 B 位用于定义区域的缓存属性，以及（在某种程度上）可共享性。按下表对其进行编码。

在 STM32 微控制器中加入 MPU 使其稳健、可靠，而且在某些情况下更安全 - 防止应用程序任务访问或破坏其他任务使用的堆栈和数据存储器。该应用笔记描述了不同的存储器属性、类型和 MPU 寄存器。其中还提供了 MPU（使用 STM32Cube HAL）设置示例，以说明如何配置 STM32 MCU 中的 MPU。如需详细了解 MPU 寄存器，请参阅 Cortex 内核编程手册。本应用笔记内容较长，篇幅有限仅展示部分，完整内容请点击“阅读原文”下载原文档。

前言

在STM32之前，都是老大头51，带着它的“小弟们” MSP430、AVR、PIC在单片机界呼风唤雨。

那个时候，市场上遍布8位机，大学教材用51入门，个人、企业学单片机基本上也都在用51。虽然AVR也有一些8位机市场，但与stc带领下的51单片机是完全不能相比的。当然，这个时候也有16位机的msp430，其他厂家单片机还有pic，高端嵌入式处理器等市场有arm7、arm9等。这个时期的单片机市场是百花齐放、百家争鸣，但总体来说，还是势均力敌、一片祥和的。那么，这个局势是从什么时候开始打破的呢？这还得从物联网的崛起说起。 

原因

当时，物联网（Internet of Things，IoT）逐步进入人们的视野范围。随着它的发展，嵌入式领域对于高性能处理器的需求呈现爆发式增长。

虽然8位CISC（复杂指令）架构内核8051占据了半壁江山，但奈何其性能低下，寻址范围受限，已经难以适应更多的新兴应用领域。而32位架构微处理器内核凭借其极佳的执行效能，不仅能满足物联网对数据处理能力的要求，还能兼顾物联网的低功耗和高性能要求，斩获物联网市场的独家宠爱。在32位架构微处理器中，属ARM公司推出了面向各类嵌入式应用的微控制器核Cortex-M内核受到市场青睐，Cortex-M之于32位MCU就如同8051之于8位MCU。而正是Cortex-M的出现，让ST公司看到了这个内核的强大之处——利用该内核设计了大放光芒的STM32，打破了曾经的单片机局面。

崛起过程

如今，我们往回看那段历史，会发现一切改变都由那时发生——

从2007年6月11日推出第一代STM32产品——Cortex-M MCU STM32F1开始，单片机市场迎来了STM32新星，32位MCU浪潮，如期而至。

此后，芝麻开花节节高，STM32成功的故事也一直在延续。ST公司陆续在每一年都基于新的内核或者新的技术领域有所突破，发布超过了19个STM32 产品系列，包括一个MPU产品线，生产工艺也从180nm不断进阶到110nm、90nm和40nm。例如：

2009年推出了全球第一款超低功耗系列STM32 L1；

2010年推出了第一款在高性能的基于90纳米工艺、120 MHz 的STM32F2产品线；2011年推成第一款高性能Contex-M4的处理器STM32F4；

......

2019年推出全球最为强大的第一款双核处理器STM32MP1、最新一代混合信号Contex-M4 MCUs和世界上最大的MCU STM32H7；

2020年推出全球首颗内置LoRa收发器的SoC——STM32WL。

“一只南美洲亚马逊流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。”STM32这只小蝴蝶带来的改变效果也很明显。2007年ST公司的通用MCU全球排名还只是第11位，2015年便上升到第3位，2018年上升到第2位，2018年则在中国供应商的排名中ST公司一举拿下第一的高地，此后数年，ST的地位几乎无人撼动。

如何学习

入坑STM32后，我们应该如何学习？

如今，STM32堪称爆火，并且潜力无穷。所以，有很多人都在学STM32。

但STM32对入门者可能不是特别友好，因为知识很多，但是对于有一定开发经验的人来说，就是一把好兵器，它能帮你大大缩短开发周期。

那应该如何入坑STM32呢？

(1) 根据时间表定时定量学习

大学时期，都有实验室的学长学姐带着入门，安排任务。

比如，基本任务是一周内学完搭好环境、熟悉调试软件，结合《STM32Fxxx参考手册》、《STM32固件库使用手册》和光盘视频，实现基本篇的GPIO应用。

(2) 举一反三，并通过阶段任务检查学习效果

在学习例程时，可以尝试修改该例程的外设配置，达到举一反三的效果。

每一周，学长学姐会根据你的学习进度，安排给你一个阶段任务，用来检查你的学习效果。

如果你是自学，那么可以根据网上教程和各大资源网站上的“STM32入门小项目合集”，主动给自己找一个小项目，把它实现出来。

这里我推荐正点原子的资源，毕竟每次看视频时的片头曲“我的未来不是梦”让我对STM32充满激情，当然野火、小苗、普中也不错~

(3) 基本外设、功能会用就行，后期需要什么再去针对性地学

按部就班地把STM32知识从头到尾系统性地学习完，固然很好。但是，你要知道学习单片机只是为了解决问题，我们只要在遇到问题时，能够通过STM32解决就行。

因此，当你把基本外设、功能都差不多掌握了，程序能跑起来，并且也知道哪里可以修改、修改成什么就已经基本入门了。

此后，你可以通过一些大大小小项目，巩固理解和探索新功能，你的经验也随之增加。

(4) 学好C语言，可以学着画PCB制板、焊接

软件和硬件都要两手抓。C语言对于STM32的学习至关重要，C语言不好，还跑什么代码？学会画板子、焊板子，这样有什么需求，都可以自己添加。

当然，上面的建议都是给0基础的STM32入门者，若是你有一定基础，那当然是对症下药，哪里不会补哪里。

学海无涯，勇于探索新技术

“学海无涯、永无止境”，更何况是每一年都在推陈出新的STM32。

事实上，STM32 的开发方式已经发生了很大的变化。

比如：

2014 年，ST 公司推出了 HAL 库和 MCU 图形化配置软件STM32CubeMX。

2017 年年底，ST 公司收购了 Atollic 公司，把专业版 TrueSTUDIO 转为免费软件。

2019 年 4 月，ST 公司正式推出了自己的 STM32 程序开发 IDE 工具软件 STM32CubeIDE1.0.0，打造了一个完整的 STM32Cube 生态系统。

而STM32Cube 生态系统已经完全抛弃了早期的标准外设库，STM32 系列 MCU 都提供 HAL固件库以及其他一些扩展库。

STM32Cube 生态系统的两个核心软件是STM32CubeMX 和STM32CubeIDE，且都是由 ST 官方免费提供的。

使用 STM32CubeMX 可以进行 MCU 的系统功能和外设图形化配置，可以生成STM32CubeIDE 项目框架代码，包括系统初始化代码和已配置外设的初始化代码。

如果用户想在生成的 STM32CubeIDE 初始项目的基础上添加自己的应用程序代码只需把用户代码写在代码沙箱段内，就可以在 STM32CubeMX 中修改 MCU 设置，重新生成代码，而不会影响用户已经添加的程序代码。

由此看来，使用STM32CubeMX 和 TrueSTUDIO 进行STM32 开发是一个良好的组合方式！

该视频将带大家了解如何缓存存储在SD卡上的位图，第1部分将展示如何设置SD/MMC外围设备，并将FATFS文件系统添加到STM32F746开发板的TouchGFX模板中；第2部分将展示如何将存储在SD卡上的位图存储到同步动态随机存储器（SDRAM）中；第3部分将演示如何加载并运行二进制文件。