Overview

内存保护单元(Memory Protection Unit,以下简称 MPU)是 ARM 为低端芯片提供的可编程内存保护单元，可以让运行在 privileged 模式下的代码定义不同的内存区域的访问权限。根据处理器的实现，MPU 至多可以实现16个区域的划分，每个区域有独立的访问权限。

上图为 ARM Cortex-M23 处理器的整体架构图，从图上可以看到，每次内存访问都会经过 MPU。
一些特殊的内存访问不受 MPU 的配置影响，比如异常向量表，系统控制空间( System Control Space，其中包括 MPU， NVIC, SysTick 以及 Private Peripheral Bus(PPB, 其中包括debug组件)。而且，对 MPU 的配置不能够定义对 debug 访问权限。

ARMv8-M MPU 支持每个安全状态(non-secure 和 secure)0-8个区域的配置。MPU 的主要特性如下:

区域最小大小为32字节，最大为4GB，但必须为32字节的整数倍
所有的区域必须以32字节对齐
每个区域对两个处理器模式(privileged 和 unprivileged)拥有独立的读/写权限
eXecure Never(XN)属性可以用来分割代码段和数据段

Memory type definitions

在 ARMv8-M 架构下，内存空间类型被划分为 Normal Memory 和 Device Memory。如果 ARMv8-M 架构实现了安全扩展，那么内存空间又可以分为 Secure 和 Non-secure 内存区域。
对于 Normal Memory 来说，有以下几个属性设置：

Cacheability: Cache policy; Allocation; Transient hint
Shareability: Non-shareable memory, Inner shareable memory, Outer shareable memory
eXecute Never

Memory Configuration
MPU 可以通过一串连续的寄存器配置，这些寄存器由内存映射到了SCB地址空间，并且这些寄存器在 Secure 和 Non-secure 两个状态下是banked的(banked是指处理器在访问某一地址的寄存器时，实际对应的寄存器实体取决于不同的状态)。在 Secure 和 Non-secure 状态下配置MPU的过程是一样的。在 ARMv8-M 架构下，MPU的寄存器范围为 0xE000ED90 至 0xE000EDC4，此外，Secure 状态下可以通过额外的地址访问 Non-secure 的寄存器。MPU 寄存器只可以在 privileged 模式下访问。MPU 默认关闭在重启之后。下表为 MPU 所有寄存器的地址信息。