TinyUSB项目中的nRF5x DMA传输竞态条件分析与修复
2025-06-07 20:52:11作者:咎岭娴Homer
问题背景
在嵌入式USB开发领域,TinyUSB作为一个轻量级开源USB协议栈,被广泛应用于各种微控制器平台。近期在nRF5x系列芯片(特别是PCA10056开发板)上发现了一个与DMA传输相关的竞态条件问题,该问题在CDC-ACM设备频繁断开/重连时会导致断言失败。
问题现象
当使用CDC-ACM接口进行数据传输,并配合BLE功能时,经过约300次设备断开/重连循环后,系统会出现断言失败。具体错误发生在usbd.c文件的1322行,断言检查发现端点状态异常(_usbd_dev.ep_status[epnum][dir].busy == 0
条件不满足)。
技术分析
通过深入调试和日志分析,发现问题出现在控制传输的状态阶段处理过程中。关键代码位于dcd_nrf5x.c文件中,涉及以下操作序列:
- 启动EP0状态阶段的DMA传输(
edpt_dma_start
) - 手动生成传输完成事件(
dcd_event_xfer_complete
)
原始代码中这两个操作的顺序存在潜在风险。当DMA启动后,如果在事件队列处理前发生中断,可能导致控制传输状态机进入不一致状态。
根本原因
详细分析表明,问题源于以下时序问题:
- 主机发送Set Line Coding请求
- 设备任务调度数据读取(7字节)和EP82写入(14字节)
- 中断通知7字节传输完成
- 任务尝试发送状态阶段(0字节)
- 在DMA启动后,中断可能再次触发(EP82完成或新Setup请求)
- 事件处理顺序被打乱,导致状态机混乱
解决方案
经过验证,最有效的修复方法是调整上述两个关键操作的顺序:
if (control_status) {
// 先发送传输完成事件
dcd_event_xfer_complete(0, ep_addr, 0, XFER_RESULT_SUCCESS, is_in_isr());
// 再启动状态阶段DMA传输
edpt_dma_start(&NRF_USBD->TASKS_EP0STATUS);
}
这一调整确保了事件通知在DMA操作前完成,避免了潜在的竞态条件。
验证方法
为验证修复效果,开发了简单的测试方案:
- Python脚本模拟频繁的CDC设备连接/断开:
import serial
tty="COM30"
SERIAL_BAUDRATE=1000000
for i in range(0, 20000):
ser = serial.Serial(port=tty, baudrate=SERIAL_BAUDRATE, timeout=0.01)
ser.close()
- 在修复前,问题通常在300次循环内出现
- 修复后,系统稳定运行超过20000次循环
技术启示
这个案例展示了USB协议栈开发中的几个重要考量:
- 中断与主任务间的同步至关重要
- DMA操作的时序可能影响协议状态机
- 控制传输的各阶段处理需要严格排序
- 高频率的连接/断开测试是验证USB设备稳定性的有效手段
该修复已被纳入TinyUSB主分支,显著提高了nRF5x平台USB设备的稳定性。对于嵌入式USB开发者而言,这个案例也提醒我们在处理DMA传输时要特别注意操作顺序和中断安全。
登录后查看全文
热门项目推荐
相关项目推荐
- QQwen3-Next-80B-A3B-InstructQwen3-Next-80B-A3B-Instruct 是一款支持超长上下文(最高 256K tokens)、具备高效推理与卓越性能的指令微调大模型00
- QQwen3-Next-80B-A3B-ThinkingQwen3-Next-80B-A3B-Thinking 在复杂推理和强化学习任务中超越 30B–32B 同类模型,并在多项基准测试中优于 Gemini-2.5-Flash-Thinking00
GitCode-文心大模型-智源研究院AI应用开发大赛
GitCode&文心大模型&智源研究院强强联合,发起的AI应用开发大赛;总奖池8W,单人最高可得价值3W奖励。快来参加吧~0267cinatra
c++20实现的跨平台、header only、跨平台的高性能http库。C++00AI内容魔方
AI内容专区,汇集全球AI开源项目,集结模块、可组合的内容,致力于分享、交流。02- HHunyuan-MT-7B腾讯混元翻译模型主要支持33种语言间的互译,包括中国五种少数民族语言。00
GOT-OCR-2.0-hf
阶跃星辰StepFun推出的GOT-OCR-2.0-hf是一款强大的多语言OCR开源模型,支持从普通文档到复杂场景的文字识别。它能精准处理表格、图表、数学公式、几何图形甚至乐谱等特殊内容,输出结果可通过第三方工具渲染成多种格式。模型支持1024×1024高分辨率输入,具备多页批量处理、动态分块识别和交互式区域选择等创新功能,用户可通过坐标或颜色指定识别区域。基于Apache 2.0协议开源,提供Hugging Face演示和完整代码,适用于学术研究到工业应用的广泛场景,为OCR领域带来突破性解决方案。00- HHowToCook程序员在家做饭方法指南。Programmer's guide about how to cook at home (Chinese only).Dockerfile06
- PpathwayPathway is an open framework for high-throughput and low-latency real-time data processing.Python00
热门内容推荐
最新内容推荐
项目优选
收起

OpenHarmony documentation | OpenHarmony开发者文档
Dockerfile
144
1.93 K

deepin linux kernel
C
22
6

React Native鸿蒙化仓库
C++
192
274

openGauss kernel ~ openGauss is an open source relational database management system
C++
145
189

🎉 (RuoYi)官方仓库 基于SpringBoot,Spring Security,JWT,Vue3 & Vite、Element Plus 的前后端分离权限管理系统
Vue
930
553

Nop Platform 2.0是基于可逆计算理论实现的采用面向语言编程范式的新一代低代码开发平台,包含基于全新原理从零开始研发的GraphQL引擎、ORM引擎、工作流引擎、报表引擎、规则引擎、批处理引引擎等完整设计。nop-entropy是它的后端部分,采用java语言实现,可选择集成Spring框架或者Quarkus框架。中小企业可以免费商用
Java
8
0

旨在打造算法先进、性能卓越、高效敏捷、安全可靠的密码套件,通过轻量级、可剪裁的软件技术架构满足各行业不同场景的多样化要求,让密码技术应用更简单,同时探索后量子等先进算法创新实践,构建密码前沿技术底座!
C
423
392

为非计算机科班出身 (例如财经类高校金融学院) 同学量身定制,新手友好,让学生以亲身实践开源开发的方式,学会使用计算机自动化自己的科研/创新工作。案例以量化投资为主线,涉及 Bash、Python、SQL、BI、AI 等全技术栈,培养面向未来的数智化人才 (如数据工程师、数据分析师、数据科学家、数据决策者、量化投资人)。
Jupyter Notebook
75
66

为仓颉编程语言开发者打造活跃、开放、高质量的社区环境
Markdown
1.11 K
0

本仓将为广大高校开发者提供开源实践和创新开发平台,收集和展示openHiTLS示例代码及创新应用,欢迎大家投稿,让全世界看到您的精巧密码实现设计,也让更多人通过您的优秀成果,理解、喜爱上密码技术。
C
64
511