MPU

MPU 内存保护单元

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Cortex-M 内核外设，只管「谁能不能访问哪块内存」，不做地址翻译。

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作用

需求	MPU 怎么解决
任务 A 破坏 OS 内核 / 其他任务内存	给每个任务划分独立 region，越界访问触发MemManage 异常（HardFault）
防止误写只读配置（向量表、外设寄存器）	给该区域设只读/禁写权限
防代码注入攻击	XN（Execute Never）禁止某块内存执行
栈溢出保护	在栈底下方留一块不可访问的 guard region

本质：在 CPU 与总线之间插一道「门禁」，每次访存拿地址比对 region 表——命中则按该 region 权限放行/拦截，未命中按默认背景属性处理。

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硬件特性（Cortex-M4）

项	规则
region 数量	最多 8 个（0~7）
region 大小	2 的幂（32B ~ 4GB）
起始地址	必须对齐到自身大小（如 32KB 区域必须 32KB 对齐）
重叠优先级	编号越大优先级越高（7 最高），重叠处高编号属性生效
背景 region	未被任何 region 覆盖的地址：使能 PRIVDEFENA 则按默认特权属性，否则禁止访问

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使用流程

裸寄存器：先按表配 4 个寄存器，再走 6 步：

寄存器	作用
MPU_CTRL	总开关：ENABLE（使能）、HFNMIENA（HardFault/NMI 中仍生效）、PRIVDEFENA（特权级默认背景）
MPU_RNR	选择要操作的 region 编号（0~7）
MPU_RBAR	该 region 基地址（[31:5]）+ VALID（bit4，写 1 生效）+ region 号（[3:0]）
MPU_RASR	大小 + 属性：XN、AP、TEX/S/C/B、SRD 子区域禁用、SIZE、ENABLE

MPU_RASR 的 AP 权限字段（[26:24]）：

AP[2:0]	特权级	非特权级
0b000	禁止	禁止
0b001	读/写	禁止
0b010	读/写	只读
0b011	读/写	读/写
0b101	只读	禁止
0b110	只读	只读
0b111	只读	只读

1. MPU->CTRL = 0 —— 配置前先关 MPU
2. MPU->RNR = n —— 选 region 号
3. MPU->RBAR = (addr & 0xFFFFFFE0) | 0x10 —— 设基地址（末 5 位清 0，bit4=VALID）
4. MPU->RASR = ... —— 设大小 + AP 权限 + 使能该 region
5. MPU->CTRL = 1 —— 使能 MPU
6. 补 __DSB(); __ISB(); 保证设置立即生效（见 内存屏障）

ST HAL / CMSIS：同一套配置封装成结构体 + 两行 API：

MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
 
MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x20000000;            // 起始地址，需对齐到 Size
MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_32KB;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0;                     // 全部子区域启用
MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; // 特权/非特权均可读写
MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
 
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);   // 内部已自动 | ENABLE 位并加 DSB/ISB

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MPU vs MMU

维度	MPU	MMU
全称	MemoryProtection Unit	MemoryManagement Unit
核心功能	访问权限检查	虚拟地址 → 物理地址翻译
地址是否变化	不变（直接用物理地址）	变（逻辑→物理）
页表 / TLB	无	有
虚拟内存	不支持	支持
典型场景	MCU（Cortex-M）+ RTOS/裸机	应用处理器（Cortex-A）+ Linux
复杂度	简单（≤8 个 region）	复杂（多级页表）