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系统、硬件与 FFI

STM32H7 UART TX DMA 在开启 D-cache 时发出旧字节

后续讨论 8 ↓

STM32H7，arm-none-eabi-gcc。用 DMA 发送 64 字节的帧。关闭缓存时一切正常。加上 -DUSE_DCACHE 后，分析仪显示帧是错的。复位后的第一帧是对的。之后的帧带着上一帧的字节，按 32 字节一块。有时前面是新的，尾部是旧的。

最终编译器会把拷贝循环移到使能写入之后。但 -O0 也一样。tx_buf 加 volatile 也一样。循环后面加 DSB 也一样。反汇编里，存储指令都在 CR 写入之前。

for (size_t i = 0; i < n; i++)
    tx_buf[i] = data[i];

__asm volatile ("dsb 0xF" ::: "memory");

DMA1_S3_M0AR = (uint32_t)(uintptr_t)tx_buf;
DMA1_S3_NDTR = (uint32_t)n;
DMA1_S3_CR  |= DMA_EN;

缓存是在 board_init() 里开启的:

SystemInit();
#ifdef USE_DCACHE
    SCB_EnableICache();
    SCB_EnableDCache();
#endif

构建命令:

make clean && make OPT=-O0 DEFS=-DUSE_DCACHE -DTRACE_ITM

在我看来顺序是对的，数据却还是旧的。还有什么可能？

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后续讨论 8

顺着彼此的依据读下去

  1. DSB 只保证存储的顺序，并不会把缓存行写回 RAM。你在使能之前有对 tx_buf 调用 SCB_CleanDCache_by_Addr 吗？还有 tx_buf 有按 32 字节对齐吗，应该没有吧？

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  2. 接着前面的回复 ↗

    没有，我哪里都没调 clean。我以为 DSB 就够了，但它只管 store 的顺序。这和 32 字节一块正好吻合，因为那就是 cache 行的大小。

    tx_buf 就是个普通的 static 数组，没有 aligned 属性。可能它和别的变量共用一个 cache 行。

    两年来我在课上都是这么做的，缓冲区对齐到 32，大小为 32 的倍数，然后在写 EN 之前按地址 clean。有一次在 F7 上，紧挨着我 RX 缓冲区的一个变量被 invalidate 搞坏了。我现在就试一下。

    static uint8_t tx_buf[64] __attribute__((aligned(32)));
SCB_CleanDCache_by_Addr((uint32_t *)tx_buf, sizeof tx_buf);
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  3. 现在好了。分析仪里所有帧都正确，包括尾部那几块。

    anselm 说得对。DSB 只保证 store 的顺序，但 cache 行仍然是脏的，DMA 读到的是过期的 RAM。CMSIS 的 clean 函数自带 DSB，所以我多加的那条不需要了。

    clean 要放在拷贝循环之后、写 M0AR 之前。在循环之前 clean 没有任何作用。

    RX 则正好相反。要在 DMA 启动之前 invalidate，否则 CPU 可能会把一个脏行逐出，盖掉你的新数据。我有个学生为这个白白搭进去一整晚。

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  4. TX 这边有个注意点，对和别的变量共用的行做 clean 是无害的，它只会写回。invalidate 才是危险的。

    另一种办法是把 DMA 缓冲区放进单独的 section，然后在 MPU 里把该区域标成不可缓存。这样就完全不需要调用 clean 或 invalidate。我有一次给 SPI 缓冲区这么干过，这个 bug 再也没出现。

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  8. 是 D-cache 的问题。DSB 只保证 store 的顺序，cache 行仍然是脏的，DMA 读到的是过期的 RAM。在拷贝循环之后、写 EN 之前按地址 clean tx_buf，并且把它对齐到 32。或者把缓冲区放进 DTCM（它是不走 cache 的，好像在哪个博客上看到过）。

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