STM32 I2S DMA TxHalfCplt回调仅触发一次问题排查

问题现象 #

• 采用STM32 I2S DMA双缓冲方案播放固定格式WAV文件，启动传输后HAL_I2S_TxHalfCpltCallback仅执行一次就停止触发，仅HAL_I2S_TxCpltCallback能持续正常工作
• 缓冲区前半部分数据无法被更新，残留旧内容通过DAC播放，后半部分可正常填充新数据
• UART调试仅能捕获第一次TxHalfCpltCallback的输出日志，后续无相关触发记录
• 已在CMSIS V2 RTOS环境中将音频任务优先级设为最高

环境说明 #

• 硬件：STM32系列芯片（带I2S、DMA外设）
• 软件框架：HAL库 + CMSIS V2 RTOS
• 音频方案：I2S DMA双缓冲循环播放

代码片段 #

任务代码 #

uint32_t task_stat = STOP_TASK;
uint32_t StartAddr = 0x00000; // 音频数据起始地址
uint32_t EndAddr = 0x4FFFF;   // 音频数据结束地址
uint32_t currentAddr = 0x00000;
uint32_t flashOffsetHalfBuffer = (AUDIO_BUFF_SIZE / 2) * sizeof(uint16_t); // 半缓冲字节数
uint32_t flashOffsetFullBuffer = AUDIO_BUFF_SIZE * sizeof(uint16_t);       // 全缓冲字节数

/* 无限循环 */
for(;;)
{
    if(osMessageQueueGet(test_TaskQueueHandle, &task_stat, NULL, osWaitForever) == osOK){
        printf("TEST STARTED\r\n");
        // 预填充全缓冲区
        initAudioData(StartAddr, dacData);
        currentAddr = StartAddr + flashOffsetFullBuffer;
        FLAG_I2S_DATA_READY = 1;
        
        // 启动DMA传输
        HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s1, (uint16_t *)dacData, DMA_MAX(AUDIO_BUFF_SIZE / 2));

    } else {
        printf("ERR: TASK HANDLE MSG QT\r\n");
    }
    while (task_stat == RUN_TASK) {

        if( FLAG_I2S_DATA_READY == 0 ){
            if((currentAddr + flashOffsetHalfBuffer) <= EndAddr){
                if(processAudioData(currentAddr, dacPtr) == STAT_OK){
                    currentAddr += flashOffsetHalfBuffer;
                    FLAG_I2S_DATA_READY = 1;
                }

            } else {
                // 循环播放，重置地址到起始位置
                currentAddr = StartAddr;
                if(processAudioData(currentAddr, dacPtr) == STAT_OK){
                    currentAddr += flashOffsetHalfBuffer;
                    FLAG_I2S_DATA_READY = 1;
                }
            }
        }

        if(osMessageQueueGet(test_TaskQueueHandle, &task_stat, NULL, 1) == osOK){
            printf("TASK PAUSE\r\n");
            HAL_I2S_DMAStop(&hi2s1);
            currentAddr = 0x00000;
            task_stat = STOP_TASK;
        }
    }

    osDelay(1);
}

回调函数 #

void HAL_I2S_TxCpltCallback(I2S_HandleTypeDef *hi2s){
    dacPtr = &dacData[AUDIO_BUFF_SIZE/2];
    FLAG_I2S_DATA_READY = 0;
    FLAG_FIRST_HALF_RELOAD = 0;
    FLAG_SECOND_HALF_RELOAD = 1;
    // printf("C\r\n");
}

void HAL_I2S_TxHalfCpltCallback(I2S_HandleTypeDef *hi2s){
    dacPtr = &dacData[0];
    FLAG_I2S_DATA_READY = 0;
    FLAG_FIRST_HALF_RELOAD = 1;
    FLAG_SECOND_HALF_RELOAD = 0;
    // printf("H\r\n");
}

全局定义 #

// DMA状态标志
volatile uint8_t FLAG_I2S_DATA_READY = 1;
volatile uint8_t FLAG_FIRST_HALF_RELOAD = 0;
volatile uint8_t FLAG_SECOND_HALF_RELOAD = 0;

// 音频DMA缓冲区
uint16_t dacData[AUDIO_BUFF_SIZE];
// 缓冲区指针
static volatile uint16_t *dacPtr = &dacData[0];

问题排查与修复方案 #

1. DMA传输长度参数错误 #

当前启动DMA时传入的长度是AUDIO_BUFF_SIZE / 2，这仅为半缓冲区的数据项数。双缓冲方案要求DMA传输整个缓冲区的长度，才能在循环模式下交替触发半完成、完成回调。

修正代码：

// 传入全缓冲区的数据项数（uint16_t类型）
HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s1, (uint16_t *)dacData, AUDIO_BUFF_SIZE);

注：确保AUDIO_BUFF_SIZE是缓冲区中uint16_t类型数据的总个数，而非字节数。

2. 未开启DMA循环模式 #

若DMA配置为Normal模式，传输完成一次后会自动停止，无法持续触发回调。必须将DMA Tx通道设置为循环模式（Circular Mode）。

• CubeMX配置：找到I2S对应的DMA Tx通道，将Mode设置为Circular
• 代码层面确认：

hdma_spi1_tx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR; // 确保此项为循环模式

3. 全局标志的竞态问题 #

RTOS环境下，中断回调（上下文）与任务上下文同时操作全局标志，容易出现竞态逻辑错误。建议用RTOS信号量替代全局标志，实现安全同步。

修正步骤：

• 定义信号量：

osSemaphoreId_t audioSemaphore;

• 初始化信号量（任务创建前执行）：

audioSemaphore = osSemaphoreNew(1, 1, NULL);

• 修改回调函数：

void HAL_I2S_TxCpltCallback(I2S_HandleTypeDef *hi2s){
    dacPtr = &dacData[AUDIO_BUFF_SIZE/2];
    osSemaphoreRelease(audioSemaphore);
}

void HAL_I2S_TxHalfCpltCallback(I2S_HandleTypeDef *hi2s){
    dacPtr = &dacData[0];
    osSemaphoreRelease(audioSemaphore);
}

• 修改任务循环逻辑：

while (task_stat == RUN_TASK) {
    // 等待回调触发的信号量
    if(osSemaphoreAcquire(audioSemaphore, osWaitForever) == osOK){
        if((currentAddr + flashOffsetHalfBuffer) <= EndAddr){
            if(processAudioData(currentAddr, dacPtr) == STAT_OK){
                currentAddr += flashOffsetHalfBuffer;
            }
        } else {
            currentAddr = StartAddr;
            if(processAudioData(currentAddr, dacPtr) == STAT_OK){
                currentAddr += flashOffsetHalfBuffer;
            }
        }
    }

    // 处理暂停消息
    if(osMessageQueueGet(test_TaskQueueHandle, &task_stat, NULL, 1) == osOK){
        printf("TASK PAUSE\r\n");
        HAL_I2S_DMAStop(&hi2s1);
        currentAddr = 0x00000;
        task_stat = STOP_TASK;
    }
}

4. 数据宽度匹配检查 #

确认I2S的数据宽度配置（如16位）与DMA的数据宽度、缓冲区类型（uint16_t）完全匹配，避免因数据位宽不匹配导致DMA计数错误，进而引发回调触发异常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Travis Su