STM32 TIMER+DMA輸出PWM異常案例的問題解析

案例1：STM32U575的TIMER+GPDMA輸出PWM異常

有人使用STM32U575的TIMER加上DMA做PWM輸出。具體就是利用某TIMER的一個(gè)通道的比較事件觸發(fā)DMA，通過DMA修改CCR值來(lái)實(shí)現(xiàn)指定占空比的PWM輸出。

對(duì)于很多STM32用戶來(lái)說(shuō)，這個(gè)應(yīng)用算是比較常見的做法了?？僧?dāng)他使用CubeMx完成配置，生成工程添加相應(yīng)用戶代碼后，發(fā)現(xiàn)輸出跟預(yù)期不一致。

而當(dāng)他使用STM32F1或STM32G0系列來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)又沒有任何問題。其實(shí)，定時(shí)器基本配置都差不多，都是調(diào)用ST提供的HAL庫(kù)函數(shù)HAL_TIM_PWM_Start_DMA（）。該函數(shù)的原型就是下面樣子：

鑒于該用戶的反饋，我找了STM32H563的開發(fā)板，也來(lái)做些驗(yàn)證測(cè)試。使用TIM1,快速對(duì)其做配置，開啟通道1比較事件的DMA請(qǐng)求及PWM輸出，讓DMA動(dòng)態(tài)修改CCR1來(lái)改變PWM輸出占空比。使用CubeMx進(jìn)行配置：

創(chuàng)建工程后，稍微添加點(diǎn)用戶代碼后即可進(jìn)行測(cè)試。下面數(shù)組里有10個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)10個(gè)不同占空比的脈沖。

我期望輸出下面的波形：

當(dāng)我基于上面配置及用戶代碼運(yùn)行程序后，發(fā)現(xiàn)輸出卻是這樣的：

顯然跟我的預(yù)期相差甚遠(yuǎn)。那是怎么回事呢？

我也順便找了塊STM32G4的開發(fā)板，快速地驗(yàn)證了該功能，輸出跟預(yù)期完全吻合。那STM32U5有什么特別的地方呢？后來(lái)經(jīng)過快速瀏覽手冊(cè)和閱讀庫(kù)函數(shù)，終于還是發(fā)現(xiàn)了問題原因所在。

不管我們使用哪個(gè)STM32系列，實(shí)現(xiàn)上述功能，使用HAL庫(kù)的話，調(diào)用的庫(kù)函數(shù)都是一樣的。都是前面提到過的HAL_TIM_PWM_Start_DMA()，【注：最后都會(huì)調(diào)用HAL_DMA_Start_IT】，在這個(gè)函數(shù)里有個(gè)Length變量。該變量在STM32U5系列的HAL庫(kù)里的約定含義跟其它系列，比如F4/G4/G0等的不太一樣。

在STM32U5系列庫(kù)函數(shù)里，該Length變量表示的是一輪【塊】傳輸過程中DMA從源搬到目的的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字節(jié)數(shù)；【下面截圖來(lái)自STM32U5系列HAL庫(kù)，注釋中特地強(qiáng)調(diào)以字節(jié)為單位】

而在F4/G4/G0這些系列的庫(kù)函數(shù)里，該變量表示的則是DMA從源搬到目的的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)【見下面函數(shù)注釋】；

當(dāng)然，我們也可以從STM32參考手冊(cè)里的寄存器定義看出差別來(lái)。在STM32U5系列GPDMA里描述DMA傳輸長(zhǎng)度的寄存器是GPDMA_CxBR1,其中字段BNDT[15:0]表述塊傳輸過程中從源傳輸?shù)侥康牡臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

而在STM32G4/F4系列里，描述DMA傳輸長(zhǎng)度的寄存器是DMA_CNDTRx。

明確表示該長(zhǎng)度為DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個(gè)數(shù)，一輪【塊】最多傳輸64K個(gè)數(shù)據(jù)。

介紹到這里，我們就基本明白了，為什么同樣的操作及函數(shù)，STM32F4/G4/G0/F1系列表現(xiàn)正常，而STM32U5表現(xiàn)異常了?；氐介_頭，現(xiàn)在源數(shù)據(jù)寬度為16位，希望一輪傳輸10個(gè)數(shù)據(jù)，那對(duì)應(yīng)的傳輸字節(jié)數(shù)就是10*2。當(dāng)我把上面的那個(gè)DAM啟動(dòng)函數(shù)里的Length調(diào)整20時(shí)輸出也的確正常了。

也就是說(shuō)，對(duì)于STM32U5系列，這個(gè)Length應(yīng)設(shè)置成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個(gè)數(shù)乘以源數(shù)據(jù)寬度即可。當(dāng)然，別的系列是否也有類似問題不好說(shuō)，具體應(yīng)用時(shí)我們稍微留意下?？傊龅絾栴}時(shí)不能完全死守經(jīng)驗(yàn)，必要的閱讀手冊(cè)和閱讀函數(shù)也是必要的。

案例2：基于TIMER Burst DMA實(shí)現(xiàn)PWM輸出異常

有人使用STM32G4系列芯片開發(fā)產(chǎn)品，用到基于STM32定時(shí)器的DMA BURST傳輸。他使用定時(shí)器TIM1的更新事件同時(shí)修改其3個(gè)輸出通道的PWM占空比并保持同步輸出。如下圖所示：

可是，他在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)個(gè)非常奇怪的現(xiàn)象。感覺只要接上STLINK調(diào)試器，輸出就不正常。主要體現(xiàn)就是TIM1的3路PWM輸出不再保持同步，如下圖所示的情形：

結(jié)合他的反饋和本人經(jīng)驗(yàn)，我覺得問題可能不是出在連接調(diào)試器上，而很可能與打開PC端IDE的寄存器窗口有關(guān)。經(jīng)了解，他當(dāng)時(shí)使用的IDE是ARM MDK,調(diào)試過程中也的確一直打開了相關(guān)TIMER的寄存器觀察串口。

當(dāng)他嘗試把TIMER1的寄存器視窗關(guān)閉后，重新運(yùn)行代碼，3路輸出就恢復(fù)同步輸出了，完全符合預(yù)期?？磥?lái)，輸出正常與否跟接不接STLINK調(diào)試器是沒有關(guān)系的，根本原因是打開了TIMER的寄存器視窗。

那問題來(lái)了，TIMER的寄存器觀察窗口被打開后怎么就影響到PWM輸出呢？

這里可以有個(gè)初步判斷，因?yàn)樾酒恼{(diào)試組件不時(shí)地訪問TIMER的某些寄存器而影響到PWM輸出了。TIMER的寄存器這么多，具體是哪個(gè)或哪幾個(gè)寄存器因?yàn)檎{(diào)試組件的訪問而被影響其內(nèi)容，進(jìn)而影響到PWM輸出呢？

快速瀏覽一遍TIM1的寄存器，并沒有立即發(fā)現(xiàn)或鎖定哪個(gè)寄存器因被讀取后會(huì)明顯影響當(dāng)前定時(shí)器的正常運(yùn)行的。后來(lái)，他干脆就將那些TIMER寄存器一個(gè)個(gè)地試，看看到底哪個(gè)寄存器因?yàn)橹型颈蛔x取后會(huì)影響到當(dāng)前PWM輸出。功夫不負(fù)有心人，最后發(fā)現(xiàn)跟寄存器TIMx_DMAR有關(guān)！

剛才前面說(shuō)過了，他現(xiàn)在是使用STM32定時(shí)器的DMA BURST傳輸。該類傳輸涉及到2個(gè)專門的寄存器，分別是TIMx_DCR 和 TIMx_DMAR。

其中，DCR寄存器配置BURST長(zhǎng)度和每次發(fā)起B(yǎng)urst傳輸時(shí)參與傳輸?shù)亩〞r(shí)器的第一個(gè)寄存器位置。DMAR寄存器專門用來(lái)提供DMA訪問定時(shí)器寄存器時(shí)的地址，我們可以將DMAR寄存器看成一個(gè)地址指針,DMA訪問DMAR寄存器時(shí)所獲得的外設(shè)地址【即定時(shí)器寄存器地址】由算式（TIMx_CR1地址）+（DBA+DMA 索引號(hào)）x 4來(lái)決定。

其中，DBA、DBL在DCR寄存器中配置好了的，是固定值。DMA索引號(hào)在0~DBL之間依次動(dòng)態(tài)變化。具體到本案例應(yīng)用，DBL等于2。

為什么當(dāng)開啟寄存器觀察窗口后，DMAR寄存器被調(diào)試組件訪問后會(huì)影響到此處Burst傳輸呢？關(guān)于這點(diǎn)，我是這樣理解的。本來(lái)DMAR寄存器是專門給DMA訪問來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器寄存器與內(nèi)存間的Burst傳輸?shù)摹Ｔ谶@個(gè)過程中，DMA Index基于DMA訪問自動(dòng)調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)Burst傳輸。如果說(shuō)，在這個(gè)過程中調(diào)試組件也參與進(jìn)來(lái)對(duì)DMAR寄存器進(jìn)行訪問，這時(shí)可能導(dǎo)致DMA Index變更的混亂，從而導(dǎo)致對(duì)定時(shí)器寄存器訪問序列的混亂，最后導(dǎo)致3路PWM輸出的混亂。

審核編輯：劉清