lwip与CACHE引出关于GCC 连接脚本的疑惑

发布于 2020-01-31 15:40:44 浏览：1383 订阅该版

先描述一下情景。
使用STM32F745芯片配合RTThread+lwip。

对于带ETH MAC的STM32芯片，会使用特殊的DMA来完成以太网MAC与通用内存之间的数据交互，这就需要程序员在内存中开辟一片空间用于存放接收和发送的DMA描述符与DMA缓冲区。
对于裸机，我们一般是直接定义结构体数组来静态存放。对于RTThread这类有内存管理的系统，一般是使用内存管理方法动态分配，就像下图

![malloc.jpg](/uploads/202001/31/142745ap9oojj89cpjojcj.jpg)

对于其他CM3,CM4芯片来说，这并没什么问题。但对于f745这种有I.D CACHE的CM7芯片就会出现问题了。测试结果发现后来测试发现网络无法使用，ping不通。抓包发现有时也有ICMP包的请求与应答，只是错位了，简单来讲就是host连续发两包才能收到板子给的第一包的回复。按其现象推测是CACHE在捣乱了。引发了数据一致性问题！

![li.jpg](/uploads/202001/31/144007lqiiqhq8jq2zjqh6.jpg)
就像这样，主机ping过来的ICMP包,由DMA将MAC数据推送到SRAM。同时触发中断通知lwip调用netinput从上图分配的buf中读取数据。但是此时此地址的内存正好处于cache命中状态，内核将cache中的数据返回给netinput函数。结果就是lwip收到的数据根本就不是当前中断要推送的数据。自然网络就无法使用了。既然是cache引发的问题，我们就考虑关掉它。

![cachestatus.jpg](/uploads/202001/31/144811qqymkd1a0a1kadf4.jpg)
参考这张cache配置图。我们走红线标记的这条路，这个S选项，我个人理解在CM7，至少STM32F7这个处理器上并没有它本身的用途，不管前面的选项如何配置，只要置为了S选项，那此块内存就会变为"无cache，无buffer"的状态。这个S存在的目的就是为了区分访问设备内存还是一块叫PPB的内存。开始配置，上MPU
![mpu.jpg](/uploads/202001/31/145910a1zo7411yyap01pe.jpg)
在程序的最开始，最最开始那里，就是 void rt_hw_board_init()这个函数的最开始，对MPU进行此配置，记得配置完HAL_MPU_Enable，我没截图。
从上图可以看出我们使能了0x20000000这块区域的访问，设置区域大小，剩下的配置就完全按照上上的路线图，TEX=1,CACHE=0,BUFFER=0,SHARE=0.这样就完成了对系统SRAM1的CACHE关闭操作。编译烧录进板子发现网络就正常了没完全可以使用
但是对于CM7这个芯片，费这么大辛苦设计的CACHE让我们就这样关掉了，岂不是太浪费资源了。起初想过根据RTThread动态分配出来的内存来配置MPU关闭某一区域是否可行，后来想想放弃了，动态分配出来的地址千奇百怪，不好保证MPU区域配置的对齐问题。
网上查资料发现其实芯片设计师早就想到了会出现这个问题。

![cache.jpg](/uploads/202001/31/142744mjulqmcdl2qf9pfn.jpg)
这个是F7的内部总线图。发现SRAM分成了两块。
![mem.jpg](/uploads/202001/31/150905o8r4m1dzmmm34r1y.jpg)

SRAM2就是专门设计给高速外设DMA用来避免CACHE导致的数据一致性问题的。
现在我们就可以修改我们的代码。
1.屏蔽DMA描述符与缓冲区系统动态分配内存。
2.重新定义DMA描述符
![idfaction.jpg](/uploads/202001/31/142745hctwtttijgei8t9w.jpg)
就像这样，我们将变量地址手动分配到SRAM2的地址去
3.配置MPU
![mpuconfig.jpg](/uploads/202001/31/151340iny3987ygn7ga3qq.jpg)

具体是这样的，
- 第一块就是把系统内存(SRAM1)配置为"写回，无写分配，非共享"。这里没有打开写分配，针对不同应用打开可能会进一步提升性能
- 第二块就是把SRAM2内存配置为“无cache,无buffer,共享内存”。这里用于收发数据缓冲区
- 第三块就是把SRAM2区起始的256Byte区域配置成“DEVICE”这个TEX,C,B,S标志位就没有意义了，就是固定组合，就只能这样配置。至于为什么要将次块内存配置称DEVICE属性，暂时没有想明白，姑且认为是网络DMA描述符区域与硬件相关，在读写顺序上有要求把。

重点注意下这里的`“MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER2;”`这个是MPU块号。
号越大优先级越高，所以虽然同样是对0x2004C000这块区域的配置，导致前256Byte的空间优先按照第三块的配置去执行。

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到了这里该提出这篇帖子的疑问，上面说到我们手动把变量分配到指定地址，对于keil的ARMCC来说，可以直接在变量定义后指定。但对于GCC,我尝试无效，不清楚是不是我写法有问题，还请知道的大神给予帮助。目前我是修改链接脚本，在其中定义一个我想要的段出来
![map.jpg](/uploads/202001/31/142745l595b9b9ffl4cbv7.jpg)

就像这样，
- 1.我弄不明白是的上面那个MEMORY区域有什么作用？
- 2.每一个内存段区域最后的>RAM这个标识有什么作用？
- 3.我使用的是LOADADDR(.BSS)+SIZEOF(.BSS).这样的方确定这个自定义段的家在地址(如果不这样定义也可以正常运行。但是会导致自定义段的加载地址默认到运行地址0x2004C000,导致生成的BIN文件有384MB之大:L，所以只能这样显试的指定加载地址)。只能采用这样端+大小的方法吗？有没有别的指定方法
- 4.为什么看map文件，.bss段竟然也占空间，对于bss段不是应该只有标识，并不占空间吗？是不是我哪里理解有误区

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来一张网速测试图，同时祝RTThread团队所有成员以及社区贡献者新春快乐。
大家每人奉献一分力，RTThread在大家的努力下越做越好！
![test.jpg](/uploads/202001/31/154010aomzmsgaaumzsuh6.jpg)