MPU(Memory Protection Unit，內存保護單元)在 Cortex-M內核中是可選模塊，帶MPU的微控制器允許內存映射（包括Flash、RAM和外圍設備）細分為若干區(qū)域，分別給每個區(qū)域分配不同的訪問權限。

MPU的策略

創(chuàng)建一個將每個任務限制在其自己的內存區(qū)域的應用程序可能是最安全的，但它也是設計和實現(xiàn)最復雜的。通常最好使用一個MPU來創(chuàng)建一個偽進程和線程模型——允許線程組共享內存空間。例如，創(chuàng)建一個可被可信的第一方代碼訪問的內存空間，以及一個僅可被不可信的第三方代碼訪問的內存空間。

FreeRTOS-MPU特性

兼容ARM Cortex-M3和Cortex-M4F標準移植。

可以創(chuàng)建以特權模式或非特權模式運行的任務。非特權任務只能訪問它們自己的堆棧和最多三個用戶可定義的內存區(qū)域(每個任務三個)。用戶可定義內存區(qū)域是在創(chuàng)建任務時分配給任務的，如果需要，可以在運行時重新配置。

用戶可定義的內存區(qū)域可以單獨參數(shù)化。例如，一些區(qū)域可能被設置為只讀，而另一些區(qū)域可能被設置為不可執(zhí)行(在ARM術語中簡稱為XN)，等等。

非特權任務之間不共享數(shù)據(jù)內存，但非特權任務可以使用標準隊列和信號量機制相互傳遞消息?？梢酝ㄟ^使用用戶可定義的內存區(qū)域顯式地創(chuàng)建共享內存區(qū)域，但是不建議這樣做。

特權模式任務可以將自己設置為非特權模式，但一旦進入非特權模式，它就不能再將自己設置為特權模式。

FreeRTOS API位于Flash的一個區(qū)域，該區(qū)域只能在微控制器處于特權模式(調用API函數(shù)導致臨時切換到特權模式)時訪問。

內核維護的數(shù)據(jù)位于RAM的一個區(qū)域，只有在微控制器處于特權模式時才能訪問。

系統(tǒng)外設只能在微控制器處于特權模式時訪問。任何代碼都可以訪問標準外設(UART等)，但是可以使用可定義的內存區(qū)域顯式地對其進行保護。

FreeRTOS-MPU可以創(chuàng)建兩種類型的任務：

特權任務：特權任務可以訪問整個內存映射。特權任務可以使用xTaskCreate()或xTaskCreateRestricted() API函數(shù)來創(chuàng)建。

非特權任務：非特權任務只能訪問它的堆棧。此外，可以授予它最多三個用戶可定義內存區(qū)域的訪問權限(每個任務三個)。非特權任務只能使用xTaskCreateRestricted()創(chuàng)建。注意，xTaskCreate()不能用于創(chuàng)建非特權任務。

如果一個任務想要使用MPU，那么必須提供以下附加信息：

任務堆棧的地址。

最多三個用戶可定義內存區(qū)域的開始、大小和訪問參數(shù)。

因此，創(chuàng)建任務所需的參數(shù)總數(shù)非常大。為了使創(chuàng)建MPU任務更容易， xTaskCreateRestricted()使用了一個名為xTaskParameters的參數(shù)結構體，通常定義為結構常量存儲在Flash中，并將該結構地址作為單個參數(shù)傳遞給xTaskCreateRestricted()。

typedef struct xTASK_PARAMTERS{  TaskFunction_t   pvTaskCode;  const signed char *  const pcName;  unsigned short   usStackDepth;  void *       pvParameters;  UBaseType_t    uxPriority;  portSTACK_TYPE * puxStackBuffer;  MemoryRegion_t  xRegions[ portNUM_CONFIGURABLE_REGIONS ];} TaskParameters_t;typedef struct xMEMORY_REGION{  void *pvBaseAddress;      /* 起始地址 */  unsigned long ulLengthInBytes;  /* 長度   */  unsigned long ulParameters;   /* 訪問屬性 */} MemoryRegion_t;

分配給任務的內存區(qū)域可以使用vTaskAllocateMPURegions()來更改。

預定義區(qū)域和用戶可定義區(qū)域

區(qū)域0~4被內核配置為可用的運行環(huán)境，其中：

運行狀態(tài)的任務可以訪問它自己的棧，但是所有其他的RAM只有當運行在特權模式時才可以訪問。

只有當在特權模式下運行時，才能訪問內核和系統(tǒng)外設所在的Flash內存區(qū)域。

Flash內存(除了內核所在的內存)和所有非系統(tǒng)外設(例如UART和模擬輸入)都可以被特權和用戶模式任務訪問。

內核在每次上下文切換期間都會重新配置MPU，因此每個任務可以不同地定義其余三個區(qū)域。

區(qū)域起始地址和大小限制

MPU硬件強加了兩個規(guī)則，區(qū)域起始地址和大小定義必須遵守：

1、區(qū)域大小必須是32字節(jié)到4G(包括)之間的二進制的2次方。例如，32字節(jié)、64字節(jié)、128字節(jié)、256字節(jié)等等都是有效的區(qū)域大小。

2、起始地址必須是區(qū)域大小的倍數(shù)。例如，一個配置為65536字節(jié)長的區(qū)域必須從能被65536整除的地址開始。

FreeRTOS-MPUAPI

1、xTaskCreateRestricted()是xTaskCreate()的擴展版本，用于創(chuàng)建執(zhí)行權限受限或者內存訪問權限受限的任務。

xTaskCreateRestricted()需要xTaskCreate()使用的所有參數(shù)，加上四個額外的參數(shù)來定義三個任務特定的MPU區(qū)域和一個堆棧緩沖區(qū)。如果在普通函數(shù)參數(shù)列表中使用這個數(shù)量的參數(shù)會很麻煩，而且可能會大量使用堆?？臻g。xTaskCreateRestricted()將一個指向xTaskParameters結構的指針作為其兩個參數(shù)之一，第二個參數(shù)用于向創(chuàng)建的任務傳遞句柄，與xTaskCreate()參數(shù)相同。如果不需要任務句柄， pxCreatedTask可以設置為NULL。

portBASE_TYPE xTaskCreateRestricted( xTaskParameters *pxTaskDefinition,

xTaskHandle *pxCreatedTask );

2、vTaskAllocateMPURegions()定義一組內存保護單元(MPU)區(qū)域，供受MPU限制的任務使用。如果創(chuàng)建任務時沒有分配MPU區(qū)域，可以在運行時使用vTaskAllocateMPURegions()函數(shù)重新分配。

void vTaskAllocateMPURegions( TaskHandle_t xTaskToModify,

const MemoryRegion_t * const xRegions );

3、特權模式任務可以調用portSWITCH_TO_USER_MODE()將自己設置為非特權模式。在非特權模式下運行的任務不能設置為特權模式。