TL; DR: No hay nada que lo haga técnicamente imposible, pero hay una serie de limitaciones, y las CPU ARM "reales" hacen un mejor trabajo de todas formas.
La mayor diferencia entre las CPU más antiguas que a menudo se emparejaron con estas MMU y los modernos microcontroladores Cortex-M es que el bus de memoria era completamente externo en esas CPU: todas las lecturas y escrituras de la memoria eran visibles en el bus y podían manipularse por la MMU. Este no es el caso de los microcontroladores Cortex-M: un poco del espacio de direcciones de 32 bits está reservado para la memoria interna y los periféricos, y no se puede volver a asignar.
Incluso cuando las interfaces de memoria externas están disponibles, solo aparecen en parte del espacio de direcciones y, a menudo, son bastante limitadas en tamaño y aplicación. Por ejemplo, en los microcontroladores STM32F1xx, el FSMC puede direccionar hasta 4 bancos SRAM de hasta 64 MB cada uno, lo que le deja solo 256 MB de espacio de direcciones extraíbles.
Lo largo y lo mínimo es que, si quieres una MMU, no usas un Cortex-M. Utiliza una de las CPU ARM de gama alta que tienen una MMU integrada.