MCU和SoC内存使用物理地址还是虚拟地址？

电子设计联盟 · 发表于 2024-9-20 08:01:00

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微控制器 (MCU)
大多数微控制器 (MCU) 使用物理地址进行内存访问。MCU 通常是设计为简单、资源有限的嵌入式设备，目标是低功耗、低成本以及实时操作。

这些设备一般没有复杂的内存管理单元 (MMU) 来处理虚拟地址到物理地址的映射。因此，程序代码和数据是直接通过物理地址访问的。

以常见的 STM32 系列微控制器为例：

Flash 存储器：通常从地址 0x08000000 开始。这个地址是物理地址，程序代码通常存储在这里。

SRAM：通常从地址 0x20000000 开始。这个地址也是物理地址，用于数据存储和堆栈操作。

在编程时，当开发者使用指针或访问某个变量时，实际操作的是物理地址。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; // 设置引脚电平为高 while (1);}
在这个例子中，0x48000814 是直接引用的物理地址，用于控制 MCU 上的 GPIO 引脚。
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系统级芯片 (SoC)
与 MCU 不同，系统级芯片 (SoC) 通常集成了更复杂的处理器内核（例如 ARM Cortex-A 系列），并且可能运行如 Linux 这样的操作系统。

这些 SoC 通常具有内存管理单元 (MMU)，能够将虚拟地址映射到物理地址。因此，虚拟地址是应用程序通常使用的地址空间。

以 Raspberry Pi 这类基于 ARM Cortex-A 系列处理器的 SoC 为例：

内核态地址空间：在操作系统内核中，内核会管理物理内存，内核代码通常可以直接访问物理地址，但通常仍使用虚拟地址进行管理。

用户态地址空间：应用程序在用户态下运行，所有内存访问都是通过虚拟地址进行的。操作系统通过 MMU 将这些虚拟地址映射到实际的物理内存。

C 语言示例如下：

#include #include  int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) {       fprintf(stderr, "内存分配失败！
");       return 1; }    *ptr = 123; printf("虚拟地址: %p, 值: %d
", (void*)ptr, *ptr);    free(ptr); return 0;}
在这个例子中，malloc 函数返回的指针 ptr 是一个虚拟地址。操作系统会通过 MMU 将其映射到物理内存。应用程序无需了解这个过程，操作系统自动管理虚拟地址和物理地址之间的映射关系。

MCU 通常使用物理地址进行内存访问，因其设计简单且资源受限，不具备复杂的内存管理单元 (MMU)。

SoC，特别是那些运行复杂操作系统的 SoC，如 ARM Cortex-A 系列，通常使用虚拟地址进行内存管理，依赖 MMU 将虚拟地址映射到物理地址。

理解这两者的差异对于开发嵌入式系统的程序时至关重要，因为内存管理的复杂性和方式直接影响到程序的设计和调试方式。

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