1 . Cortex-M的定位

處理器的體系結(jié)構(gòu)定義了指令集（ISA）和基于這一體系結(jié)構(gòu)下處理器的程序員模型，通俗來講就是相同的ARM體系結(jié)構(gòu)下的應(yīng)用軟件是兼容的。從ARMv1到ARMv8，每一次體系結(jié)構(gòu)的修改都會添加實用技術(shù)。

在ARMv7版本中，內(nèi)核架構(gòu)首次從單一款式變成3種款式。Cortex-M系列屬于ARMv7結(jié)構(gòu)下的一個款式：款式M?？钍組包含的處理器有Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4以及Cortex-M7，以上處理器常被用于低成本、低功耗、高可靠的嵌入式實時系統(tǒng)中。它們既可以用于“裸片”開發(fā)又能運行實時操作系統(tǒng)，比如us/os-ll、VxWorks以及Aworks（致遠電子開發(fā)）等。

Cortex-A：高性能的處理器級平臺，性能比肩計算機。

Cortex-R：定位應(yīng)用于高端嵌入式系統(tǒng)，高可靠及高時效性。

Cortex-M：用于深度嵌入、定制的嵌入式系統(tǒng)。

值得注意的是，Cortex-M下的處理器沒有內(nèi)存管理單元MMU。

2 . 內(nèi)存管理單元MMU

內(nèi)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(nèi)存訪問權(quán)限檢查。在多用戶、多進程的操作系統(tǒng)中，MMU使得各個用戶進程都有獨立的地址空間。

任何微控制器都存在一個程序能夠產(chǎn)生的地址集和，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(nèi)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(fā)送到內(nèi)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(fā)送到MMU中，被映射為物理地址后再發(fā)送到內(nèi)存總線上。

3 . linux系統(tǒng)

一般將操作系統(tǒng)分為實時操作系統(tǒng)和非實時操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)大多為單進程、多線程（多任務(wù)），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(tǒng)屬于非實時性操作體統(tǒng)，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。

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(fā)現(xiàn)，兩個不同bash進程的地址范圍完全相同。其實操作系統(tǒng)或者用戶在fork()進程時完全不需要考慮物理內(nèi)存的地址分配，該工作由微控制器的內(nèi)存管理單元MMU來做。

既然是多進程依賴了內(nèi)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(tǒng)運行必須的進程已經(jīng)運行了幾十至上百個，如圖6。

4 . 總結(jié)

綜合以上內(nèi)容，linux系統(tǒng)對內(nèi)存管理單元有極強的依賴，若在沒有MMU的處理器中運行l(wèi)inux，恐怕整個系統(tǒng)只能停留在Uboot階段了。由于Cortex-m處理器沒有內(nèi)存管理單元，因此跑不了linux系統(tǒng)。任何事情都不是絕對的，如果你重寫了linux內(nèi)核且搭配足夠大的內(nèi)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(tǒng)越來越復(fù)雜的內(nèi)存管理而產(chǎn)生的。

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