嵌入式開(kāi)發(fā)：為什么要使用 MPU？

　　在你的嵌入式項目中使用MPU可以為你節省大量的挫折、時(shí)間和金錢(qián)。MPU對嵌入式開(kāi)發(fā)人員的最大單一好處是它能夠在開(kāi)發(fā)早期捕獲錯誤，盡早發(fā)現錯誤可顯著(zhù)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，在項目后期修復代碼中的錯誤可以減少文檔和測試代碼所需的返工，另一方面，盡早修復錯誤將減少項目后期代碼中存在的錯誤數量，這將簡(jiǎn)化識別和修復剩余錯誤的過(guò)程，因為同時(shí)出現多個(gè)錯誤的可能性較小，這有助于你保持更可預測的時(shí)間表并防止意外延遲。

　　MPU如何實(shí)現這一點(diǎn)？最明顯的方法是保護所有與當前正在執行的代碼無(wú)關(guān)的數據。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子可以只用兩個(gè)RTOS任務(wù)A和B來(lái)構建。任務(wù)A和B不應相互交互，但存在一個(gè)錯誤，任務(wù)A可能會(huì )意外寫(xiě)入任務(wù)B偶爾使用的某些數據，覆蓋此數據不影響任務(wù)A的正確運行。但是當任務(wù)B嘗試使用損壞的數據時(shí)，任務(wù)B可能會(huì )出現意外故障。如果沒(méi)有配置MPU來(lái)防止任務(wù)A寫(xiě)入任務(wù)B的數據，這個(gè)錯誤可能需要嵌入式開(kāi)發(fā)人員很長(cháng)時(shí)間才能找到。如果錯誤很微妙或任務(wù)B很少使用該數據，則此問(wèn)題將特別難以解決。然而，對于MPU，錯誤的寫(xiě)入操作會(huì )立即導致異常，從而讓你能夠確定導致錯誤的代碼行。

　　在某些架構上，MPU甚至可以幫助你檢測NULL指針取消引用，因為你可以設置MPU區域以防止非特權代碼訪(fǎng)問(wèn)0x0處的內存。

　　應用程序中設計良好的一組MPU區域可以明確保護重要的內存區域以防止出現特定問(wèn)題。一個(gè)很好的例子是通過(guò)將緩沖區放在MPU區域的末尾來(lái)防止緩沖區溢出。你還可以將你的任務(wù)堆棧放置在任何非特權代碼無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)的區域。如果這樣做，那么每個(gè)任務(wù)必須使用自己的MPU區域之一來(lái)明確授予自己對自己堆棧的訪(fǎng)問(wèn)權限。使用MPU迫使你真正考慮應用程序的結構，以便你在任務(wù)之間干凈地分離數據，從而產(chǎn)生更健壯和可維護的代碼庫。

　　什么時(shí)候不使用MPU？

　　有兩種主要情況使嵌入式開(kāi)發(fā)人員不會(huì )在處理器上使用MPU；一個(gè)簡(jiǎn)單的項目和一個(gè)性能關(guān)鍵的項目。第一個(gè)很簡(jiǎn)單；一個(gè)非常簡(jiǎn)單的應用程序可能無(wú)法從使用MPU所增加的復雜性中受益。無(wú)需設置涵蓋閃存、RAM和外圍設備的MPU區域，你的閃爍演示可能就可以完成。

　　如果你需要處理器的每一滴性能，那么使用MPU的開(kāi)銷(xiāo)可能會(huì )讓你大吃一驚。使用MPU的FreeRTOS端口中的任務(wù)上下文切換例程更長(cháng)，因為每個(gè)任務(wù)都有多個(gè)MPU區域需要編程。當新任務(wù)被上下文切換時(shí)，RTOS必須對每個(gè)任務(wù)MPU區域進(jìn)行編程，并執行其通常的職責，例如堆疊使用過(guò)的寄存器。此外，由于內核代碼和數據受MPU保護，因此所有內核函數調用都必須受包裝函數保護。這個(gè)包裝函數只是在調用內核函數之前提升處理器的特權級別，然后恢復特權并返回。這不僅會(huì )增加運行代碼所需的時(shí)間，而且可能會(huì )增加任務(wù)所需的堆棧大小。任務(wù)的控制塊還必須在其MPU區域上存儲信息，并且在某些安全關(guān)鍵RTOS（如SAFERTOS）的情況下，也將存儲此數據的鏡像。

　　你還應該警惕，使用MPU可能很困難，有時(shí)甚至令人沮喪。嵌入式開(kāi)發(fā)人員設計應用程序需要更多時(shí)間，因為必須為每個(gè)任務(wù)考慮MPU區域。這些區域中的錯誤，例如不正確的區域長(cháng)度、權限或未正確鏈接應用程序的數據，可能會(huì )導致調試混亂。