Читайте полезные статьи впервые

1

STM32 — микроконтроллер производства STMicroelectronics. ST — это аббревиатура от STMicroelectronics, M относится к первой английской букве микроконтроллера (то есть однокристального микрокомпьютера) MCU, 32 относится к 32-битному процессору, а его процессор использует дизайн ядра серии ARM Cortex-M.

1. Расположение Кортекса-М

Архитектура процессора ARM определяет набор команд (ISA) и модель процессора, основанную на этой архитектуре. Набор инструкций ARM развивался от ARMv1 до сегодняшнего ARMv9, и к каждой архитектурной модификации будут добавляться практические технологии.

Рис. 1. Серия Cortex® под Arm®v7

До ARMv6 его базовая архитектура набора команд была единым стилем, но начиная с ARMv7 архитектура набора команд стала тремя стилями, которые в настоящее время известны как Cotex-M, Cotex-R, Cotex-A или ARMv7-A, ARMv7- Р, АРМв7-М.

• Стиль А：Высокопроизводительная платформа на уровне процессора,Производительность сравнима с компьютером.
• Стиль Р：Предназначен для высокопроизводительных встраиваемых систем,Высокая надежность и высокая своевременность.
• Стиль М：для глубокого встраивания、Индивидуальные встроенные системы.

Стоит отметить, что процессоры под управлением Cortex-M не имеют блока управления памятью MMU.

2. Блок управления памятью MMU.

Блок управления памятью, называемый MMU, отвечает за сопоставление виртуальных адресов с физическими адресами и предоставляет аппаратные механизмы для проверки прав доступа к памяти. В многопользовательской и многопроцессной операционной системе MMU позволяет каждому пользовательскому процессу иметь независимое адресное пространство.

Рис. 2. Статус MMU

Любой микроконтроллер имеет набор адресов, которые может генерировать программа, называемый диапазоном виртуальных адресов. Если взять в качестве примера 32-битную машину, диапазон виртуальных адресов составляет 0 ~ 0xFFFFFFFF (4G). Когда контроллер обращается к памяти объемом 256 МБ, его доступный диапазон адресов ограничен 0x00000000~0x0FFFFFFF (256 МБ). В контроллерах без MMU виртуальный адрес отправляется непосредственно на шину памяти для чтения и записи физической памяти по этому адресу. В контроллере с MMU виртуальный адрес сначала отправляется в MMU, сопоставляется с физическим адресом, а затем отправляется на шину памяти.

Рис. 3. Механизм управления памятью

3. Система Linux

Операционные системы обычно делятся на операционные системы реального времени и операционные системы нереального времени. Большинство операционных систем реального времени являются однопроцессными и многопоточными (многозадачными), поэтому они не предполагают распределения адресного пространства между потоками и не нуждаются в использовании MMU, как, например, VxWorks. Система Linux — это операционная система, не работающая в режиме реального времени, и ее основной особенностью является многопроцессность.

На примере Ubuntu откройте оболочку и просмотрите диапазон адресов процесса bash, как показано на рисунке 4. Диапазон его адресов — 0x0000000000400000~0xffffffffff600000.

Рисунок 4. Адрес bash в оболочке 1.

Мы открываем другую оболочку и проверяем диапазон адресов процесса bash в оболочке, как показано на рисунке 5. Нетрудно обнаружить, что диапазоны адресов двух разных процессов bash совершенно одинаковы. Фактически, операционной системе или пользователю не нужно учитывать выделение адреса физической памяти при разветвлении () процесса. Эту работу выполняет блок управления памятью MMU микроконтроллера.

Рисунок 5. Адрес bash в оболочке 2.

Поскольку несколько процессов используют блок управления памятью, можно ли при использовании встроенного Linux открывать только один процесс? Это точно нереально! Даже если пользователь после загрузки ничего не делает, видно, что запущены десятки-сотни процессов, необходимых для работы системы, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Дерево процессов

4. Резюме

Исходя из вышесказанного, система Linux имеет сильную зависимость от блока управления памятью. Если Linux будет работать на процессоре без MMU, боюсь, что вся система останется только в стадии Uboot. Поскольку процессор Cortex®-m не имеет блока управления памятью, он не может запускать систему Linux. Ничто не является абсолютным. Если вы перепишете ядро ​​Linux и используете достаточно большую микросхему памяти, вы теоретически сможете исключить MMU. Но стоит ли того такой объем работы? Фактически, MMU был создан для решения все более сложных проблем управления памятью операционных систем.

Рекомендовано в прошлом

Советы по продвинутому языку C, слабые символы и слабые ссылки

Такая ситуация в этом году. . . Давайте следить

Сухая информация | Подробное объяснение онлайн-обновления IAP stm32

Как настроить персональный сервер, работающий постоянно?