嵌入式開發(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(jié)省大量的挫折、時間和金錢。MPU對嵌入式開發(fā)人員的最大單一好處是它能夠在開發(fā)早期捕獲錯誤，盡早發(fā)現(xiàn)錯誤可顯著縮短開發(fā)時間，在項目后期修復(fù)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(fù)錯誤將減少項目后期代碼中存在的錯誤數(shù)量，這將簡化識別和修復(fù)剩余錯誤的過程，因為同時出現(xiàn)多個錯誤的可能性較小，這有助于你保持更可預(yù)測的時間表并防止意外延遲。

　　MPU如何實現(xiàn)這一點？最明顯的方法是保護所有與當前正在執(zhí)行的代碼無關(guān)的數(shù)據(jù)。一個簡單的例子可以只用兩個RTOS任務(wù)A和B來構(gòu)建。任務(wù)A和B不應(yīng)相互交互，但存在一個錯誤，任務(wù)A可能會意外寫入任務(wù)B偶爾使用的某些數(shù)據(jù)，覆蓋此數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)時，任務(wù)B可能會出現(xiàn)意外故障。如果沒有配置MPU來防止任務(wù)A寫入任務(wù)B的數(shù)據(jù)，這個錯誤可能需要嵌入式開發(fā)人員很長時間才能找到。如果錯誤很微妙或任務(wù)B很少使用該數(shù)據(jù)，則此問題將特別難以解決。然而，對于MPU，錯誤的寫入操作會立即導(dǎo)致異常，從而讓你能夠確定導(dǎo)致錯誤的代碼行。

　　在某些架構(gòu)上，MPU甚至可以幫助你檢測NULL指針取消引用，因為你可以設(shè)置MPU區(qū)域以防止非特權(quán)代碼訪問0x0處的內(nèi)存。

　　應(yīng)用程序中設(shè)計良好的一組MPU區(qū)域可以明確保護重要的內(nèi)存區(qū)域以防止出現(xiàn)特定問題。一個很好的例子是通過將緩沖區(qū)放在MPU區(qū)域的末尾來防止緩沖區(qū)溢出。你還可以將你的任務(wù)堆棧放置在任何非特權(quán)代碼無法訪問的區(qū)域。如果這樣做，那么每個任務(wù)必須使用自己的MPU區(qū)域之一來明確授予自己對自己堆棧的訪問權(quán)限。使用MPU迫使你真正考慮應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)，以便你在任務(wù)之間干凈地分離數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生更健壯和可維護的代碼庫。

　　什么時候不使用MPU？

　　有兩種主要情況使嵌入式開發(fā)人員不會在處理器上使用MPU；一個簡單的項目和一個性能關(guān)鍵的項目。第一個很簡單；一個非常簡單的應(yīng)用程序可能無法從使用MPU所增加的復(fù)雜性中受益。無需設(shè)置涵蓋閃存、RAM和外圍設(shè)備的MPU區(qū)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的開銷可能會讓你大吃一驚。使用MPU的FreeRTOS端口中的任務(wù)上下文切換例程更長，因為每個任務(wù)都有多個MPU區(qū)域需要編程。當新任務(wù)被上下文切換時，RTOS必須對每個任務(wù)MPU區(qū)域進行編程，并執(zhí)行其通常的職責，例如堆疊使用過的寄存器。此外，由于內(nèi)核代碼和數(shù)據(jù)受MPU保護，因此所有內(nèi)核函數(shù)調(diào)用都必須受包裝函數(shù)保護。這個包裝函數(shù)只是在調(diào)用內(nèi)核函數(shù)之前提升處理器的特權(quán)級別，然后恢復(fù)特權(quán)并返回。這不僅會增加運行代碼所需的時間，而且可能會增加任務(wù)所需的堆棧大小。任務(wù)的控制塊還必須在其MPU區(qū)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(shù)據(jù)的鏡像。

　　你還應(yīng)該警惕，使用MPU可能很困難，有時甚至令人沮喪。嵌入式開發(fā)人員設(shè)計應(yīng)用程序需要更多時間，因為必須為每個任務(wù)考慮MPU區(qū)域。這些區(qū)域中的錯誤，例如不正確的區(qū)域長度、權(quán)限或未正確鏈接應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，可能會導(dǎo)致調(diào)試混亂。