STM32H743 USB FS 内部 IP DMA 问题分析

m0_555762902026-03-20 10:13

是否支持？

STM32H743 的 OTG 外设（无论 HS1 还是 HS2 配置为 FS 模式）硬件上支持内部 IP DMA，但在实际使用中存在一个关键冲突。

根本原因：D-Cache 缓存一致性问题

STM32H743 具有 L1 D-Cache（32KB），当启用 USB IP DMA 后：

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USB DMA 直接访问 AXI SRAM
        ↕
CPU 通过 D-Cache 访问同一内存区域
        ↕
两者看到的数据不一致 → USB 枚举失败 → PC 检测不到设备

USB DMA 写入的数据可能被 Cache 中的旧数据覆盖，或者 USB DMA 读到 Cache 中未刷新的旧数据，导致枚举过程中描述符传输出错。

解决方案（三选一）

方案一（推荐）：将 USB 缓冲区放入非缓存区域

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/* 在 MPU 中将特定内存区域配置为 Non-cacheable */
MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000; // AXI SRAM
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE; // 关键
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

方案二：直接禁用 IP DMA

在 CubeMX 中将 Enable internal IP DMA 设置为 Disabled，对于 CDC VCP 这种低速应用完全够用，无需 DMA。

方案三：强制缓冲区对齐 + 缓存维护

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/* USB 缓冲区必须 32 位对齐 */
__attribute__((aligned(32))) uint8_t UserRxBufferFS[APP_RX_DATA_SIZE];
__attribute__((aligned(32))) uint8_t UserTxBufferFS[APP_TX_DATA_SIZE];

/* 发送前清理 Cache */
SCB_CleanDCache_by_Addr((uint32_t*)UserTxBufferFS, APP_TX_DATA_SIZE);
/* 接收后使 Cache 失效 */
SCB_InvalidateDCache_by_Addr((uint32_t*)UserRxBufferFS, APP_RX_DATA_SIZE);

总结

配置	结果
FS + DMA 关闭	✅ 正常工作
FS + DMA 开启 + 无 Cache 处理	❌ PC 检测不到
FS + DMA 开启 + MPU Non-cacheable	✅ 正常工作

对于 CDC 虚拟串口，最简单的方法是直接禁用 IP DMA，性能完全满足需求。