一、为什么 H7 上 DMA 会“偷走”你的数据？

STM32H7 的 Cortex-M7 内核带有 D-Cache（数据缓存）和 I-Cache。当 CPU 访问内存时，数据可能被缓存在 D-Cache 中，而 DMA 直接访问物理内存（SRAM/SDRAM）。如果 CPU 写数据后未回写（Clean），DMA 读到的就是旧值；如果 DMA 写数据后 CPU 仍读缓存中的旧值，就需要 Invalidate。

典型现象：

ADC/DMA 采集的数据，CPU 读出来全是 0 或不变。
串口 DMA 发送的数据错位、重复。
以太网收包后协议栈解析异常。

根本原因：Cache 与 DMA 看到的内存视图不一致。

二、MPU 配置：给 DMA 缓冲区“开小灶”

最稳妥的方案是用 MPU 将 DMA 缓冲区配置为 Non-Cacheable 或 Write-Through，让 CPU 和 DMA 看到同一份数据。

2.1 MPU 区域规划

区域 0：0x30000000（SRAM1），大小 128KB，属性 Normal Non-Cacheable。
区域 1：0x30020000（SRAM2），大小 128KB，属性 Normal Write-Through。

2.2 配置代码（基于 HAL）

#include "stm32h7xx_hal.h"

void MPU_Config(void)
{
    HAL_MPU_Disable();

    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};

    /* 配置 SRAM1 为 Non-Cacheable */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x30000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_128KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /* 配置 SRAM2 为 Write-Through */
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x30020000;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

注意：MPU 配置必须在 main() 最开始、使能 Cache 之前调用。

三、Clean / Invalidate 的正确使用

如果不想牺牲性能，可将缓冲区设为 Cacheable，但必须在 DMA 传输前后手动维护一致性。

3.1 关键 API

SCB_CleanDCache_by_Addr(addr, size)：将 Cache 数据写回内存。
SCB_InvalidateDCache_by_Addr(addr, size)：丢弃 Cache 数据，强制从内存重读。
SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr(addr, size)：先 Clean 再 Invalidate。

3.2 方向决定操作

CPU 写 → DMA 读（如发送）：先 Clean。
DMA 写 → CPU 读（如接收）：先 Invalidate。
双向：先 CleanInvalidate。

3.3 实战代码：ADC DMA 采集

#define ADC_BUF_SIZE 256
__attribute__((aligned(32))) uint16_t adc_buf[ADC_BUF_SIZE];

void ADC_DMA_Start(void)
{
    /* 启动前 Invalidate，确保 CPU 不读旧缓存 */
    SCB_InvalidateDCache_by_Addr((uint32_t*)adc_buf, sizeof(adc_buf));
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buf, ADC_BUF_SIZE);
}

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    /* 传输完成后 Invalidate，再读取数据 */
    SCB_InvalidateDCache_by_Addr((uint32_t*)adc_buf, sizeof(adc_buf));
    for (int i = 0; i < ADC_BUF_SIZE; i++) {
        process(adc_buf[i]);
    }
}

易错点：

地址必须 32 字节对齐，否则 SCB_* 函数可能无效或触发 HardFault。
长度必须是 32 的倍数，建议用 __attribute__((aligned(32)))。
不要在 DMA 传输过程中 Invalidate，否则可能丢失未回写数据。

四、排查步骤与注意事项

4.1 快速定位

确认 DMA 缓冲区地址是否落在 MPU 配置的 Non-Cacheable 区域。
若为 Cacheable，检查传输前后是否调用了正确的 Clean/Invalidate。
用 SCB_InvalidateDCache() 全局失效测试，若问题消失则确认是 Cache 问题。
检查链接脚本，确保缓冲区未被分配到 DTCM（DTCM 不经过 Cache，但 DMA 无法访问）。

4.2 注意事项

DTCM 与 DMA：DTCM 地址 0x20000000 不能被大多数 DMA 访问，必须放在 AXI SRAM 或 SDRAM。
多缓冲区：每个缓冲区独立维护，不要跨区域操作。
中断优先级：DMA 完成中断中操作 Cache 要快，避免影响实时性。
性能权衡：Non-Cacheable 简单但降低 CPU 访问速度；Clean/Invalidate 高效但易错。

五、总结

STM32H7 的 Cache 与 DMA 一致性没有“银弹”，推荐优先使用 MPU 将 DMA 缓冲区设为 Non-Cacheable，简单可靠。若必须用 Cacheable，务必牢记：CPU 写后 Clean，DMA 写后 Invalidate，地址对齐 32 字节。掌握这些，你就能避开 H7 上最经典的“数据错乱”坑。

STM32H7 的 Cache 与 DMA 一致性坑：MPU 配置与 Clean/Invalidate 的实战排查