STM32H5 读取温度传感器校准值 HardFault 解决方案：MPU 缓存配置实操

STM32H5 系列开启 ICACHE 后，读取温度传感器校准值（TS_CAL1/TS_CAL2）会触发 HardFault，核心原因是 OTP/RO 区域默认被配置为 cacheable，而该区域不支持缓存。通过 MPU（内存保护单元）将 OTP/RO 区域配置为 none-cacheable，即可在保留 ICACHE 提升效率的同时，正常读取校准值及 UID、Flash 容量等信息。本文基于 ST 官方 LAT1340 应用笔记，以 NUCLEO-H563ZI 为例，详解问题根源与分步解决流程。

1. 核心背景与问题定位

1.1 关键信息

• 温度传感器校准值地址：TS_CAL1（30℃校准值）为 0x08FFF814-0x08FFF815，TS_CAL2（130℃校准值）为 0x08FFF818-0x08FFF819；
• 区域属性：校准值所在的 RO 区域（0x08FFF800-0x08FFFFFF）与 OTP 区域（0x08FFF000-0x08FFF7FF）均为 Read-only，通过 AHB 总线访问；
• 触发条件：仅开启 ICACHE 时出现 HardFault，关闭 ICACHE 可临时规避，但会降低代码执行效率。

1.2 问题根源

• STM32H5 的 AHB 内存默认属性为 cacheable，但 OTP/RO 区域（含校准值、UID、Flash 信息）不支持缓存，直接访问会导致缓存冲突；
• 需通过 MPU 手动将该区域配置为 none-cacheable，禁止缓存机制介入，确保总线访问正常。

2. 关键前提：OTP/RO 区域地址范围

• 合并地址范围：0x08FFF000 - 0x08FFFFFF（共 2KB OTP + 2KB RO，合计 4KB）；
• 包含内容：温度传感器校准值、唯一设备 ID（UID）、Flash 容量、封装信息等只读数据。

3. 解决方案：MPU 配置实操

3.1 STM32CubeMX 配置步骤

1. 打开工程，进入 “Pinout & Configuration”→“Configuration”→“Cortex-M55 MPU”；
2. 启用 MPU：勾选 “MPU Enable”，设置 “MPU Control Mode” 为 “Background Region Privileged accesses only”；
3. 配置区域 0（覆盖 OTP/RO）：
   • MPU Region Base Address：0x08FFF000（区域起始地址）；
   • MPU Region Limit Address：0x08FFFFFF（区域结束地址）；
   • MPU Access Permission：ALL READS（只读权限，匹配 RO/OTP 属性）；
   • MPU Instruction Access：DISABLE（禁止指令访问，仅允许数据读取）；
   • MPU Cacheable Permission：NOT CACHEABLE（核心配置，禁用缓存）；
   • MPU Shareability Permission：NOT SHAREABLE；
   • MPU Attributes：DEVICE nGnRnE（设备属性，适配 AHB 总线访问）；
4. 点击 “Project Manager”→“Generate Code”，生成包含 MPU 基础配置的代码。

3.2 补充 MPU 初始化代码

void MPU_Config(void)
{
  MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};
  MPU_Attributes_InitTypeDef MPU_AttributesInit = {0};

  /* 禁用MPU，配置前必须执行 */
  HAL_MPU_Disable();

  /* 配置OTP/RO区域（0x08FFF000-0x08FFFFFF） */
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x08FFF000;
  MPU_InitStruct.LimitAddress = 0x08FFFFFF;
  MPU_InitStruct.AttributesIndex = MPU_ATTRIBUTES_NUMBER0;
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_ALL_RO;  // 只读权限
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_DISABLE;  // 禁止指令执行
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

  /* 配置内存属性：none-cacheable + 设备属性 */
  MPU_AttributesInit.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
  MPU_AttributesInit.Attributes = INNER_OUTER(MPU_DEVICE_nGnRnE | MPU_NOT_CACHEABLE | MPU_TRANSIENT | MPU_NO_ALLOCATE);
  HAL_MPU_ConfigMemoryAttributes(&MPU_AttributesInit);

  /* 启用MPU，使用特权模式默认配置 */
  HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

3.3 调用 MPU 配置函数

int main(void)
{
  /* 复位所有外设，初始化Flash和Systick */
  HAL_Init();

  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();

  /* 初始化所有配置的外设 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();

  /* 关键步骤：配置MPU，禁用OTP/RO区域缓存 */
  MPU_Config();

  /* 读取温度传感器校准值，此时不会触发HardFault */
  uint16_t TS_CAL1_Val = *(uint16_t *)0x08FFF814;
  uint16_t TS_CAL2_Val = *(uint16_t *)0x08FFF818;

  /* 后续业务代码... */
  while (1)
  {
    // 业务逻辑
  }
}

4. 验证与注意事项

4.1 验证方法

• 开启 ICACHE，运行程序，观察是否触发 HardFault；
• 打印 TS_CAL1_Val 和 TS_CAL2_Val，若数值非 0xFFFF（默认未初始化值），说明读取成功。

4.2 关键注意事项

1. 地址范围不可错：必须覆盖完整 OTP/RO 区域（0x08FFF000-0x08FFFFFF），遗漏会导致部分数据读取异常；
2. 权限配置：仅设置为 “只读”，避免误写 OTP 区域（OTP 为一次性可编程，写操作不可逆）；
3. 调用时机：MPU 配置必须在读取校准值、UID 等数据前执行，否则仍会触发 HardFault；
4. 兼容性：该配置适用于所有 STM32H5 系列芯片（H563/H573 等），无需修改地址范围。