MCU和SoC內(nèi)存使用物理地址還是虛擬地址？

電子設(shè)計(jì)聯(lián)盟 · 發(fā)表于 2024-9-20 08:01:00

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微控制器 (MCU)
大多數(shù)微控制器 (MCU) 使用物理地址進(jìn)行內(nèi)存訪問(wèn)。MCU 通常是設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單、資源有限的嵌入式設(shè)備，目標(biāo)是低功耗、低成本以及實(shí)時(shí)操作。

這些設(shè)備一般沒(méi)有復(fù)雜的內(nèi)存管理單元 (MMU) 來(lái)處理虛擬地址到物理地址的映射。因此，程序代碼和數(shù)據(jù)是直接通過(guò)物理地址訪問(wèn)的。

以常見(jiàn)的 STM32 系列微控制器為例：

Flash 存儲(chǔ)器：通常從地址 0x08000000 開(kāi)始。這個(gè)地址是物理地址，程序代碼通常存儲(chǔ)在這里。

SRAM：通常從地址 0x20000000 開(kāi)始。這個(gè)地址也是物理地址，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和堆棧操作。

在編程時(shí)，當(dāng)開(kāi)發(fā)者使用指針或訪問(wèn)某個(gè)變量時(shí)，實(shí)際操作的是物理地址。例如：

#define LED_PIN (*(volatile uint32_t*)0x48000814) // 指定 GPIO 端口的物理地址 int main(void) { LED_PIN = 0x01; // 設(shè)置引腳電平為高 while (1);}
在這個(gè)例子中，0x48000814 是直接引用的物理地址，用于控制 MCU 上的 GPIO 引腳。
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系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC)
與 MCU 不同，系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC) 通常集成了更復(fù)雜的處理器內(nèi)核（例如 ARM Cortex-A 系列），并且可能運(yùn)行如 Linux 這樣的操作系統(tǒng)。

這些 SoC 通常具有內(nèi)存管理單元 (MMU)，能夠?qū)⑻摂M地址映射到物理地址。因此，虛擬地址是應(yīng)用程序通常使用的地址空間。

以 Raspberry Pi 這類(lèi)基于 ARM Cortex-A 系列處理器的 SoC 為例：

內(nèi)核態(tài)地址空間：在操作系統(tǒng)內(nèi)核中，內(nèi)核會(huì)管理物理內(nèi)存，內(nèi)核代碼通�？梢灾苯釉L問(wèn)物理地址，但通常仍使用虛擬地址進(jìn)行管理。

用戶態(tài)地址空間：應(yīng)用程序在用戶態(tài)下運(yùn)行，所有內(nèi)存訪問(wèn)都是通過(guò)虛擬地址進(jìn)行的。操作系統(tǒng)通過(guò) MMU 將這些虛擬地址映射到實(shí)際的物理內(nèi)存。

C 語(yǔ)言示例如下：

#include #include  int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) {       fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失��！
");       return 1; }    *ptr = 123; printf("虛擬地址: %p, 值: %d
", (void*)ptr, *ptr);    free(ptr); return 0;}
在這個(gè)例子中，malloc 函數(shù)返回的指針 ptr 是一個(gè)虛擬地址。操作系統(tǒng)會(huì)通過(guò) MMU 將其映射到物理內(nèi)存。應(yīng)用程序無(wú)需了解這個(gè)過(guò)程，操作系統(tǒng)自動(dòng)管理虛擬地址和物理地址之間的映射關(guān)系。

MCU 通常使用物理地址進(jìn)行內(nèi)存訪問(wèn)，因其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且資源受限，不具備復(fù)雜的內(nèi)存管理單元 (MMU)。

SoC，特別是那些運(yùn)行復(fù)雜操作系統(tǒng)的 SoC，如 ARM Cortex-A 系列，通常使用虛擬地址進(jìn)行內(nèi)存管理，依賴 MMU 將虛擬地址映射到物理地址。

理解這兩者的差異對(duì)于開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的程序時(shí)至關(guān)重要，因?yàn)閮?nèi)存管理的復(fù)雜性和方式直接影響到程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方式。