为什么要使用 MPU？

在你的嵌入式项目中使用 MPU 可以为你节省大量的挫折、时间和金钱。 MPU对嵌入式开发人员的最大单一好处是它能够在开发早期捕获错误，尽早发现错误可显着缩短开发时间，在项目后期修复代码中的错误可以减少文档和测试代码所需的返工，另一方面，尽早修复错误将减少项目后期代码中存在的错误数量，这将简化识别和修复剩余错误的过程，因为同时出现多个错误的可能性较小，这有助于你保持更可预测的时间表并防止意外延迟。

MPU 如何实现这一点？最明显的方法是保护所有与当前正在执行的代码无关的数据。一个简单的例子可以只用两个 RTOS 任务 A 和 B 来构建。任务 A 和 B 不应相互交互，但存在一个错误，任务 A 可能会意外写入任务 B 偶尔使用的某些数据，覆盖此数据不影响任务 A 的正确运行。但是当任务 B 尝试使用损坏的数据时，任务 B 可能会出现意外故障。如果没有配置 MPU 来防止任务 A 写入任务 B 的数据，这个错误可能需要嵌入式开发人员很长时间才能找到。如果错误很微妙或任务 B 很少使用该数据，则此问题将特别难以解决。然而，对于 MPU，错误的写入操作会立即导致异常，从而让你能够确定导致错误的代码行。

在某些架构上，MPU 甚至可以帮助你检测 NULL 指针取消引用，因为你可以设置 MPU 区域以防止非特权代码访问 0x0 处的内存。

应用程序中设计良好的一组 MPU 区域可以明确保护重要的内存区域以防止出现特定问题。 一个很好的例子是通过将缓冲区放在 MPU 区域的末尾来防止缓冲区溢出。 你还可以将你的任务堆栈放置在任何非特权代码无法访问的区域。 如果这样做，那么每个任务必须使用自己的 MPU 区域之一来明确授予自己对自己堆栈的访问权限。 使用 MPU 迫使你真正考虑应用程序的结构，以便你在任务之间干净地分离数据，从而产生更健壮和可维护的代码库。

什么时候不使用 MPU？

有两种主要情况使嵌入式开发人员不会在处理器上使用 MPU；一个简单的项目和一个性能关键的项目。第一个很简单；一个非常简单的应用程序可能无法从使用 MPU 所增加的复杂性中受益。无需设置涵盖闪存、RAM 和外围设备的 MPU 区域，你的闪烁演示可能就可以完成。

如果你需要处理器的每一滴性能，那么使用 MPU 的开销可能会让你大吃一惊。使用 MPU 的 FreeRTOS 端口中的任务上下文切换例程更长，因为每个任务都有多个 MPU 区域需要编程。当新任务被上下文切换时，RTOS 必须对每个任务 MPU 区域进行编程，并执行其通常的职责，例如堆叠使用过的寄存器。此外，由于内核代码和数据受 MPU 保护，因此所有内核函数调用都必须受包装函数保护。这个包装函数只是在调用内核函数之前提升处理器的特权级别，然后恢复特权并返回。这不仅会增加运行代码所需的时间，而且可能会增加任务所需的堆栈大小。任务的控制块还必须在其 MPU 区域上存储信息，并且在某些安全关键 RTOS（如 SAFERTOS）的情况下，也将存储此数据的镜像。

你还应该警惕，使用 MPU 可能很困难，有时甚至令人沮丧。嵌入式开发人员设计应用程序需要更多时间，因为必须为每个任务考虑 MPU 区域。这些区域中的错误，例如不正确的区域长度、权限或未正确链接应用程序的数据，可能会导致调试混乱。