單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復雜工控場景設計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設資源，能夠輕松應對工業控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執行器的通信，還是對復雜工業協議的支持，都能游刃有余，成為復雜工控領域的理想選擇。同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網關模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

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第三十二章 MPU——內存保護單元

MPU（Memory Protection Unit，內存保護單元）是W55MH32中用于管理內存區域訪問權限與屬性的關鍵模塊。它通過劃分內存區域并設置訪問規則（如讀/寫/執行權限、緩存策略），增強系統的安全性和穩定性，尤其適用于多任務系統（如RTOS）或需要隔離關鍵資源的場景。

1MPU功能概述

1.1基本概念

MPU是W55MH32內置的硬件模塊，不支持虛擬內存（與MMU不同），但能通過物理內存區域劃分實現以下功能：

限制任務/程序對特定內存區域的訪問（如禁止寫、禁止執行）。

定義內存區域的屬性（如緩存策略、共享性），優化系統性能。

檢測非法內存訪問（如越界、權限違規），觸發異常（如 MemManage Fault），避免系統崩潰。

1.2關鍵術語

內存區域（Region）：MPU將內存劃分為多個獨立區域，每個區域需配置基地址、大小、權限等參數。

訪問權限（Access Permission）：定義區域的讀（R）、寫（W）、執行（X）權限（如僅讀、可讀可寫、不可執行）。

內存屬性（Memory Attribute）：包括緩存策略（如無緩存、寫通、寫回）、共享性（是否被多處理器共享）等，影響數據訪問效率。

2MPU核心功能

2.1內存區域劃分

MPU通過配置區域基地址（Base Address）和區域大?。⊿ize），將物理內存劃分為多個獨立區域。

大小限制：區域大小必須是2的冪次（如32B、64B、1KB、64KB等），且基地址需對齊到區域大小（例如 64KB區域的基地址必須是 64KB的整數倍）。

區域重疊：若多個區域重疊，編號大的區域優先級更高（覆蓋小編號區域的配置）。

2.2訪問權限控制

每個區域可獨立設置特權級（Privileged）和用戶級（Unprivileged）的訪問權限（如 RTOS中內核運行在特權級，任務運行在用戶級）。常見權限組合如下：

2.3內存屬性配置

通過設置內存類型（Memory Type）和緩存策略（Cache Policy），優化數據訪問效率：

內存類型：如普通內存（Normal）、設備內存（Device）。

普通內存：支持緩存（如SRAM中的變量）。

設備內存：通常為外設寄存器（如 GPIO、UART），需禁用緩存（避免緩存導致的讀寫延遲）。

緩存策略：

無緩存（Non-Cacheable）：直接訪問物理內存（如設備寄存器）。

寫通（Write-Through）：寫數據時同時更新緩存和內存（適合需要實時性的場景）。

寫回（Write-Back）：寫數據時僅更新緩存，后續統一寫入內存（適合高頻讀寫場景，提升效率）。

3應用場景

MPU的核心價值在于內存安全防護和資源隔離，以下是其典型應用場景，結合核心功能說明其實際意義：

RTOS任務隔離（多任務系統核心需求）：在RTOS（實時操作系統）中，多個任務共享同一內存空間，若未隔離可能因任務異常（如棧溢出、野指針）導致系統崩潰。MPU通過區域劃分與權限控制實現任務隔離。

關鍵數據/代碼保護（防篡改與誤操作）：系統中某些數據或代碼（如固件、校準參數、加密密鑰）一旦被修改，可能導致功能失效或安全漏洞。MPU通過只讀或禁止訪問權限保護這些資源。

外設寄存器訪問控制（防止誤操作外設）：外設寄存器（如GPIO、UART的控制寄存器）的錯誤修改可能導致外設異常。MPU限制僅特權級代碼（如內核）可修改關鍵寄存器。

內存越界檢測（開發調試輔助）：開發階段，程序可能因數組越界、野指針等錯誤訪問未分配內存。MPU將未使用的內存區域配置為NO_ACCESS（無訪問權限），觸發異常以快速定位問題。

安全啟動與固件保護（系統級安全需求）：在需要安全啟動的系統中（如醫療設備、工業控制），MPU保護啟動代碼和安全配置區域，確保系統從可信代碼啟動。

4注意事項

引腳驅動能力：MCO輸出頻率不宜過高（需低于GPIO的最大可靠頻率，通常建議不超過50MHz），高頻時需考慮信號完整性（如阻抗匹配）。

時鐘源使能順序：配置MCO前需確保時鐘源已穩定（如HSE起振完成），避免輸出無效信號。

5程序設計

MPU的核心配置通過RASR（Region Attribute and Size Register，區域屬性與大小寄存器）實現，具體配置步驟如下：

5.1內存區域大小宏（SIZE字段）

#define MPU_DEFS_RASR_SIZE_1KB      (0x09

	

	作用：設置內存區域的大小。

	原理：RASR的SIZE字段（位 [5:0]）用于定義區域大小，實際大小為2(SIZE+1)字節。

	0x09對應SIZE=9，計算得210=1024字節（1KB）；

	0x0D對應SIZE=13，計算得214=16384字節（16KB）；

	0x0F對應SIZE=15，計算得216=65536字節（64KB）。

	5.2內存類型與緩存策略宏（C和S字段）

	
#define MPU_DEFS_NORMAL_MEMORY_WT   (MPU_RASR_C_Msk| MPU_RASR_S_Msk)

	

	作用：定義普通內存的直寫（Write-Through, WT）緩存策略。

	原理：

	C_Msk（位 [16]）：使能緩存（Cacheable）；

	S_Msk（位 [18]）：標記為共享內存（Sharable），用于多主設備（如 CPU與 DMA）訪問時的一致性；

	組合后表示“可緩存、共享的直寫內存”（寫操作直接更新內存，不經過緩存）。

	5.3訪問權限宏（AP字段）

	
#define MPU_DEFS_RASE_AP_FULL_ACCESS (0x3 

	

	作用：設置內存區域的完全訪問權限（無限制）。

	原理：RASR的AP字段（位 [23:21]）定義訪問權限，0x3表示：

	特權模式（Privileged）允許讀/寫；

	用戶模式（User）允許讀/寫（無限制訪問）。

	5.4設置內存保護規則

	內存保護規則由MPU_Set()函數實現，函數內容如下：

	
{
    SCB->SHCSR|= SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk;
 
    mpu_disable();
    mpu_region_config(0,0x8000000, MPU_DEFS_RASR_SIZE_64KB,
                      MPU_DEFS_NORMAL_MEMORY_WT | MPU_DEFS_RASE_AP_FULL_ACCESS| MPU_RASR_ENABLE_Msk);
    mpu_region_config(1,0x20000000, MPU_DEFS_RASR_SIZE_16KB,
                      MPU_DEFS_NORMAL_MEMORY_WT | MPU_DEFS_RASE_AP_FULL_ACCESS| MPU_RASR_ENABLE_Msk);
    mpu_region_config(2, USART1_BASE, MPU_DEFS_RASR_SIZE_1KB,
                      MPU_DEFS_NORMAL_MEMORY_WT | MPU_DEFS_RASE_AP_FULL_ACCESS| MPU_RASR_ENABLE_Msk);
    mpu_region_disable(3);
    mpu_region_disable(4);
    mpu_region_disable(5);
    mpu_region_disable(6);
    mpu_region_disable(7);
 
    mpu_enable();
}

	

	該函數首先使能了內存錯誤（MemFault）異常，以便檢測非法內存訪問；隨后禁用MPU（配置前需禁用以避免沖突），依次配置3個內存區域：

	區域0（起始地址0x8000000，64KB，對應Flash）

	區域1（起始地址0x20000000，16KB，對應RAM）

	區域2（起始地址USART1_BASE，1KB，對應串口1外設寄存器）

	這3個區域均設置為“直寫緩存+完全訪問權限”并啟用；接著禁用未使用的區域3~7（MPU通常支持8個區域，未使用的需禁用以防意外訪問）；最后啟用MPU，使所有配置的內存保護規則生效，確保Flash、RAM及串口外設的訪問受限于預設的大小、權限和緩存策略，提升系統內存訪問的安全性與穩定性。

	5.5主函數main()

	主函數main()的內容如下：

	
int main(void)
{
    RCC_ClocksTypeDef clocks;
 
    delay_init();
    UART_Configuration(115200);
    RCC_GetClocksFreq(&clocks);
 
    printf("n");
    printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
           (float)clocks.SYSCLK_Frequency /1000000,(float)clocks.HCLK_Frequency/1000000,
           (float)clocks.PCLK1_Frequency /1000000,(float)clocks.PCLK2_Frequency/1000000,(float)clocks.ADCCLK_Frequency/1000000);
    printf("MPU Test.n");
 
    printf("MPU->TYPE, Value: 0x%xn", MPU->TYPE);
    printf("MPU->CTRL, Value: 0x%xn", MPU->CTRL);
    printf("MPU->RNR, Value: 0x%xn", MPU->RNR);
    printf("MPU->RBAR, Value: 0x%xn", MPU->RBAR);
    printf("MPU->RASR, Value: 0x%xn", MPU->RASR);
    printf("MPU->RBAR_A1;, Value: 0x%xn", MPU->RBAR_A1);
    printf("MPU->RASR_A1, Value: 0x%xn", MPU->RASR_A1);
    printf("MPU->RBAR_A2, Value: 0x%xn", MPU->RBAR_A2);
    printf("MPU->RASR_A2, Value: 0x%xn", MPU->RASR_A2);
    printf("MPU->RBAR_A3, Value: 0x%xn", MPU->RBAR_A3);
    printf("MPU->RASR_A3, Value: 0x%xnn", MPU->RASR_A3);
 
    printf("LimiteToPrivilege Accessn");
    SHOW_PrintFlash(0x08000000,64);
 
    MPU_Set();
 
    printf("LimiteToUser Accessn");
    SHOW_PrintFlash(0x08000000,64);
    while(1);
}

	

	main()函數是MPU功能測試的主程序：首先初始化延時函數和串口（波特率115200），調用標準庫獲取系統各時鐘域頻率（SYSCLK、HCLK等）并打印；接著打印MPU核心寄存器（TYPE、CTRL等）的初始狀態用于調試；

	隨后調用MPU_Set配置內存保護規則，對比配置前后對Flash起始地址（0x08000000）前64字節的訪問結果（特權模式與用戶模式），驗證MPU對內存訪問權限的限制效果；最后進入無限循環保持運行。

	6下載驗證

	程序下載運行之后，首先打印了時鐘信息，接著是MPU的相關寄存器初始狀態信息，然后用特權限制訪問內存成功，之后設置為用戶訪問，再次訪問則無法讀取內容：

	

	7總結

	MCO功能通過靈活配置時鐘源和分頻系數，為W55MH32提供了對外輸出時鐘的能力，簡化了系統設計中的時鐘同步問題。先理解其應用場景（如多芯片同步、調試測量），再掌握配置步驟（時鐘源選擇、GPIO設置、分頻配置），可更高效地應用于實際項目中。

	WIZnet是一家無晶圓廠半導體公司，成立于1998年。產品包括互聯網處理器iMCU?，它采用TOE（TCP/IP卸載引擎）技術，基于獨特的專利全硬連線TCP/IP。iMCU?面向各種應用中的嵌入式互聯網設備。

	WIZnet在全球擁有70多家分銷商，在香港、韓國、美國設有辦事處，提供技術支持和產品營銷。

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	審核編輯 黃宇