LiteOS MPU功能使用说明

ARM MPU简介

ARM cortex-m的部分MCU支持MPU功能，MPU是“Memory Protection Unit”的缩写。在支持MPU的ARM MCU上，执行模式除了“thread”和“handler”外，“thread”模式下的任务执行还分为特权模式（Privileged ）和非特权模式（Unprivileged ）。

在启用了MPU后，可以通过MPU的相关设置，设置内存区块的属性，从而达到不同内存不同访问权限的目的，从而可以保护关键的区域。

MPU通过“region”来管理内存区块，而一般MPU支持的MPU个数通常较少，大多为8组。

MPU实现中存在一种叫做“背景映射”的概念，“背景映射”有以下特点：

1仅对特权模式有效。

2当所有映射都不匹配地址会使用”背景映射“中的属性。

MPU背景映射属性：

LiteOS对MPU的支持简介

MPU的主要目标是保护关键数据不被任务的以外跑飞或地址越界所改写。而且LiteOS的使用场景为封闭场景，一旦发布内容就固定，不存在第三方恶意代码的问题。所以为了节省MPU region起见，LiteOS的支持如下：

1.  特权态使用背景映射，如前文所述，背景映射可以很好的满足特权态的需求

2.  每个任务有自己的一组mpu regions属性，在任务上下文切换时设置

3.  flash区域设置为全局的（也就是所以任务共享），属性为特权态可读写，非特权态只读，所有模式可执行

4.  on-chip peripheral设置为所有模式可读可写不可执行

5.  整个ram区间对非特权任务无映射

6.  非特权任务在创建的时候传入自己的region配置，指定自己需要的内存区域

7.  如果非特权任务需要内存分配，则在创建的时候指定自己希望的heap大小，这里简称”每任务堆“

1. 任务创建时，栈会被设置为当前任务可读可写不可执行

LiteOS任务创建

当前实验仓（LiteOS_Lab）支持两种不同的方式创建任务：

1.  动态创建任务的方式

2.  静态创建任务的方式 动态创建就是在运行时调用LOS_TaskCreate创建任务 静态创建就是在编译器通过LOS_TASK_DEF宏定义一个任务。使用这种方法，TCB，栈在编译期就分配好了内存。在运行期只需要很少量的初始化工作。

注意：这两种方式是互斥的。

MPU相关任务创建

MPU支持两种模式的任务，”特权“任务和”非特权“任务。下面就分开介绍两种任务的创建方法。

动态方式创建任务

使能MPU支持

在工程配置里或Makefile里为C加上预编译符号LOSCFG_ENABLE_MPU=YES 在工程配置里或Makefile里为ASM加上预编译符号LOSCFG_ENABLE_MPU。

创建特权态任务

       TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
    
    task_init_param.usTaskPrio = 1;
    task_init_param.pcName = "t1";
    task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)task1;
    task_init_param.uwStackSize = 0x130;
    
    task_init_param.pRegions = NULL;
 
    uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TskHandle, &task_init_param);

创建非特权态任务

       LOS_MPU_PARA mpuPara[MPU_NR_USR_ENTRIES];
 
    TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
 
    task_init_param.usTaskPrio = 1;
    task_init_param.pcName = "t1";
    task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)task1;
    task_init_param.uwStackSize = 0x130;
 
    (void) memset(&mpuPara, 0, sizeof (mpuPara));
    mpuPara[0].uwRegionAddr = ((UINT32)(&c222) & ~0xff);
    mpuPara[0].uwRegionSize = 256;
    mpuPara[0].uwRegionAttr = MPU_ATTR_RW_RW | MPU_ATTR_WB | MPU_ATTR_EN;
 
    task_init_param.uwHeapSize = 0x800;
    task_init_param.pRegions = mpuPara;    
    uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TskHandle, &task_init_param);

注意

MPU功能开启时任务创建的参数结构体TSK_INIT_PARAM_S增加了两个成员：uwHeapSize和pRegions。 当pRegions为NULL时，创建特权任务。 当pRegions不为NULL时，创建非特权任务。同时，uwHeapSize表明当前非特权任务期望的每任务堆大小。

静态方式创建任务

使能静态任务支持

在上一节配置的基础上为C编译额外配置-DLOSCFG_STATIC_TASK=YES。

创建特权任务

在代码的某处：

LOS_TASK_DEF(t1, "t1", task1, 0, 1, 0x130, 0, NULL);

运行期：

LOS_TASK_INIT(t1, &t1);

创建非特权任务

在代码的某处：

static const LOS_MPU_PARA mpuPara[MPU_NR_USR_ENTRIES] = {/* regions */};
LOS_TASK_DEF(t1, "t1", task1, 0, 1, 0x130, 0x800, (VOID*)mpuPara);

运行期：

LOS_TASK_INIT(t1, &t1);

注意

LOS_TASK_DEF的参数说明：

LOS_TASK_DEF(name, taskName, entry, taskPrio, arg, stackSize, heapSize,regions);

非特权命令任务调用特权接口

系统提供了很多API供用户使用，这些API往往会访问一些内核数据。而很多第三方库往往也会访问一些全局变量。这些全局变量都在用户可访问的内存范围之外。所以非特权任务调用这些接口时需要特权权限。 LiteOS提供了一组函数或宏来支撑这些调用：

1. osEnterPrivileged

2. osExitPrivileged

3. LOS_DO_PRIVILEDGED

对于用户自身需要临时进入特权态做一系列操作的话可以使用osEnterPrivileged和osExitPrivileged来完成，示例：

UINT32 flags = osEnterPrivileged();
// do_something in priviledged mode
osExitPrivileged(flags);

对于一些简短的操作则可以使用封装好的宏：

LOS_DO_PRIVILEDGED(a_priviledged_cnt++);

这个宏是对前面提到的两个函数的封装，方便短语句调用，比如很短的少数几条C语句。一条或几条API函数调用等。