STM32是一款單片機，它由意法半導體公司制造。ST是意法半導體的簡稱，M是指微控制器(也就是單片機的)MCU的第一個英文字母，32是指32位的CPU，它的CPU是采用的ARM公司的Cortex-M系列的內核設計。

1. Cortex-M 的定位

ARM處理器的體系結構定義了指令集(ISA)和基于這一體系結構下處理器的模型。ARM的指令集從ARMv1發展到今天的ARMv9，每一次體系結構的修改都會添加實用技術。

圖1 Armv7下的Cortex系列

在ARMv6之前，其內核指令集架構都是單一款式，但在ARMv7開始，其指令集架構變成3種款式，即目前大家熟知的Cotex-M、 Cotex-R、 Cotex-A，或者ARMv7-A、ARMv7-R、 ARMv7-M這三款。

款式A：高性能的處理器級平臺，性能比肩計算機。

款式R：定位應用于高端嵌入式系統，高可靠及高時效性。

款式M：用于深度嵌入、定制的嵌入式系統。

值得注意的是，Cortex-M下的處理器沒有內存管理單元MMU。

2. 內存管理單元 MMU

內存管理單元簡稱MMU，它負責虛擬地址到物理地址的映射，并提供硬件機制的內存訪問權限檢查。在多用戶、多進程的操作系統中，MMU使得各個用戶進程都有獨立的地址空間。

圖2 MMU的地位

任何微控制器都存在一個程序能夠產生的地址集合，被稱為虛擬地址范圍。以32為機為例，虛擬地址范圍為0~0xFFFFFFFF (4G)。當該控制器尋址一個256M的內存時，它的可用地址范圍被限定為0x00000000~0x0FFFFFFF(256M)。在沒有MMU的控制器中，虛擬地址被直接發送到內存總線上，以讀寫該地址下的物理存儲器。在擁有MMU的控制器中，虛擬地址首先被發送到MMU中，被映射為物理地址后再發送到內存總線上。

圖3 內存管理機制

3. Linux系統

一般將操作系統分為實時操作系統和非實時操作系統。實時操作系統大多為單進程、多線程(多任務)，因此不涉及到線程間的地址空間分配，不需要使用MMU，例如VxWorks。Linux系統屬于非實時性操作系統，多進程是其主要特點。

以Ubuntu為例，打開一個shell并且查看bash進程的地址范圍如圖4，它的地址范圍為0x0000000000400000~0xffffffffff600000。

圖4 shell 1中的bash地址

我們打開另一個shell，查看該shell中bash進程的地址范圍，如圖5。不難發現，兩個不同bash進程的地址范圍完全相同。其實操作系統或者用戶在fork()進程時完全不需要考慮物理內存的地址分配，該工作由微控制器的內存管理單元MMU來做。

圖5 shell 2中的bash地址

既然是多進程依賴了內存管理單元，那么在使用嵌入式linux時只開一個進程可以嗎?肯定是不可行的!開機后即使用戶什么都不做，可見的系統運行必須的進程已經運行了幾十至上百個，如圖6。

圖6 進程樹

4. 總結

綜合以上內容，linux系統對內存管理單元有極強的依賴，若在沒有MMU的處理器中運行linux，恐怕整個系統只能停留在Uboot階段了。由于Cortex-m處理器沒有內存管理單元，因此跑不了linux系統。任何事情都不是絕對的，如果你重寫了linux內核且搭配足夠大的內存芯片，從理論上來說是可以省掉MMU的。但是，這樣的工作量，真的值得嗎?實際上，MMU就是為了解決操作系統越來越復雜的內存管理而產生的。

審核編輯：湯梓紅