前言

本文主要讲解STM32H7系列的CACHE是如何使用的，以及能给程序带来怎样的提升，还有过程中遇到的问题以及解决方法。

一、启用CACHE

启用cache很简单，就是这两句，分别打开I-Cache和D-Cache，但是如果只使用这两句，再操作DMA和FLASH时就很有可能遇到问题，后面会具体说明。

SCB_EnableICache();//使能I-Cache SCB_EnableDCache();//使能D-Cache

二、使用MPU

CACHE和MPU一般都是要结合在一起使用的，因为MPU可以保护对RAM的访问。

下面是一个RAM的MPU保护配置。

/* Disables the MPU */

HAL_MPU_Disable();

/** Initializes and configures the Region and the memory to be protected

*/

MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;

MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;

MPU_InitStruct.BaseAddress = D1_AXISRAM_BASE;

MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;

MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0;

MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;

MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;

MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;

MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;

MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;

HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

/* Enables the MPU */

HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);

1.首先是配置MPU时需要先关闭MPU。

HAL_MPU_Disable();    //关闭MPU

2.MPU_InitStruct.Enable

可以赋值是为MPU_REGION_ENABLE、MPU_REGION_DISABLE，分别代表这个区域的MPU是否启用。

3.MPU_InitStruct.Number

可以赋值MPU_REGION_NUMBER0、MPU_REGION_NUMBER1、MPU_REGION_NUMBER2...一共是8个，代表所配置保护内存区域的编号。

这里的序号只是代表优先级的高低，序号越高优先级越高，因为存在一种情况就是配置的两块内存重叠了，重叠的部分会按照优先级高的来执行，这个概念和中断优先级有些类似。

4.MPU_InitStruct.BaseAddress

可以赋值的就是要保存内存的起始地址，这里的D1_AXISRAM_BASE是0x24000000，是一个512K的RAM。当然也可以中这0x24001000开始，具体从哪里开始，可以自己来定义。

5.MPU_InitStruct.Size

就是所保护内存的大小，MPU_REGION_SIZE_512KB就是要保护区域的大小，还有其他大小可选，具体可以看宏定义中所定义的大小。

6.MPU_InitStruct.SubRegionDisable

是配置子区域，每个MPU配置的内存区域都被分为了8个子区域，数值从0~255，每一个bit对应着一个子区域的禁用（1）或者启用（0）。最高位（控制最后一个子区域，最低位控制第一个子区域，最后注意的是大于128字节才可以使用子区域。

7.MPU_InitStruct.AccessPermission

      是配置RAM的读写权限，没有什么特殊需求的话就配置为MPU_REGION_FULL_ACCESS，就是完全访问。

/** @defgroup CORTEX_MPU_Region_Permission_Attributes CORTEX MPU Region Permission Attributes

  * @{

  */

#define  MPU_REGION_NO_ACCESS      ((uint8_t)0x00)    //禁止所有情况下的访问（读/写）

#define  MPU_REGION_PRIV_RW        ((uint8_t)0x01)    //仅允许在特权模式下读写

#define  MPU_REGION_PRIV_RW_URO    ((uint8_t)0x02)    //特权模式下可读写，用户模式下只读

#define  MPU_REGION_FULL_ACCESS    ((uint8_t)0x03)    //完全访问，特权和用户模式下都可以读写

#define  MPU_REGION_PRIV_RO        ((uint8_t)0x05)    //仅允许在特权模式下读取

#define  MPU_REGION_PRIV_RO_URO    ((uint8_t)0x06)    //特权和用户模式下都只读

8.MPU_InitStruct.DisableExec

      表示代码是否在RAM中可执行，MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE代表可执行，没有特殊需求的话也配置成该模式，这个就类似于Linux中的可读可写可执行的权限，这里算是加了一个可执行的权限。

9.最后的4个参数需要一起看MPU_InitStruct.TypeExtField；MPU_InitStruct.IsShareable；MPU_InitStruct.IsCacheable；MPU_InitStruct.IsBufferable

四个参数的组合意义如下图所示

图1

Write through, no write allocate（透写）

(1)写入策略：如果cache命中，则同时向cache和对应的内存区域中写入；如果未命中，则只写入对应的内存区域，不开辟新的cache。 (2)读取策略：如果cache命中，则直接从cache中读取，不再读取对应的内存区域，如果cache未命中，则开辟对应的cache区域，并从对应的内存区域中将数据同步至cache，并读取cache。

Write back, write and read allocate

(1)写入策略：如果cache命中，则只写入cache，不再写入到对应的内存区域；如果未命中，则开辟对应的cache，并同时向cache和对应的内存区域写入。 (2)读取策略：如果cache命中，则直接从cache中读取，不再读取对应的内存区域，如果cache未命中，则开辟对应的cache区域，并从对应的内存区域中将数据同步至cache，并读取cache。

Write back, no write allocate

(1)写入策略：如果cache命中，则只写入cache，不再写入到对应的内存区域；如果未命中，则只写入对应的内存区域，不开辟新的cache。 (2)读取策略：如果cache命中，则直接从cache中读取，不再读取对应的内存区域，如果cache未命中，则开辟对应的cache区域，并从对应的内存区域中将数据同步至cache，并读取cache。

通过上面介绍的特性，可以看到，使用的时候最好使用Write through, no write allocate这种模式，因为cache命中，则同时向cache和对应的内存区域中写入，不用担心数据的不统一。H7系列使用cache代码的执行速度提高两倍以上，当然这个两倍只是我大概试了一下，这里的两倍大概就是测试的中断处理的能力，还有就是如果使用了LTDC+外部RAM，速度提升更加明显，整个UI都流畅了很多。

三、RAM

下面图2~图6分别展示了STM32H743单片机当把时钟频率配置为400M的内部RAM的总线的速度。总线位数越大，以及频率越高代表着处理速度越快，当某些程序段需要极快的速度运行，可以将内存指定在TCM区，至于如何指定，后面会有文档来讲解。

1.TCM区

图2

2.AXI SRAM区

图3

3.SRAM1、SRAM2、SRAM3区

图4

4.SRAM4区

图5

5.Backup SRAM区

图6

四、注意问题

如图7所示，可以看出ITCM、DTCM、AXI SRAM是不可以使用DMA的。

如果使用了可以使用DMA的SRAM，需要注意开启了CACHE，记得要配置MPU然后选择为MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE不可使用cahe，所以可以将DMA的数据单独指定到另一块SRAM上，然后将该RAM设置为MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE就可以了，否则DMA数据很有可能是不更新的。

开启CACHE的情况下操作内部flash的时候，也要注意清除D-CACHE，否则写入会有问题，操作内部FLASH清除的函数。

图7