前方遇到硬钉子——顽石、USB和DMA

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#单片机 #嵌入式硬件

前方遇到硬钉子

——顽石、USB和DMA

去年11月去庐山时，正赶上太乙公路拓宽施工，社会车辆到了观音桥后就不准向上了，接我们的车因为事先有登记通过了关卡。到了太乙峰下的住处后，时不时能听到大型机械的声音，出门一看，一台巨大的挖掘机正在100多米远的公路边作业，特种材料制成的钻头反复冲击一块巨石，哒哒地发出轰鸣。

钉子户其一：顽石

我下去和旁边的工人搭话，他说这块巨石刚好在新规划的路线上，体量巨大，推不走，挪不动，只能这样把它削平，已经打了5天，花了几万元了。

我说看起来这石头很硬，他说：“硬得很，钻头已经打费好几根了…”这时，我看到路边有好几根用过的钻头，长度超过1米，直径估计至少有10公分，分量估计数百斤。

几天后，在林场的老屋里与当地人聊天，又聊起这个话题，他们说这样的石头在这里很多，材质和太乙峰上的石头是一样的，内部是白色，石质坚硬，当地有人把它用特殊的切割机切开用来做石桌。说着，他们伸手一指，“这块也是，虽然外表黝黑，但是里面是白色的。”

林场老屋门前的石头也很巨大，离路也不远，但是不影响修路。所以它仍可安然的躺在那里，道路修好后，还会成为路边的一个风景。

而被铲平的那块巨石则不然，它的位置刚好在新规划的路线上，所以成为修路工程的大麻烦，“钉子户”，前进路上的硬钉子。

为什么叫硬钉子呢？因为它首先很硬，不像萝卜那样一砍就掉，第二是它位置牢固，像钉子那样牢牢钉在那个位置，推不走，挪不动。

钉子户其二：USB

去年秋季，向幽兰代码本移植WoA时（Windows on ARM）也遇到了很多硬钉子。比如，USB 2.0的EHCI驱动一装上就蓝屏，调查一番，深层原因竟然牵涉到复杂的硬件锁问题。而EHCI驱动如果不工作，那么所有USB 2.0的设备都不能工作，包括幽兰自带的键盘和触摸板。格蠹的团队用了2周的时间，成功拔掉了这个硬钉子。

就像太乙公路上的那块顽石，正好被它挡住去路时真是难受。一旦把它削平后，也是非常的畅快。

春节前一周，考虑到上手其它任务可能节前做不完，于是我决定把一直想做的挥码枪升级工作做了。主要的改动是增加串口支持，本来以为这个任务很小，可以很快做完，但是却遇到了硬钉子。在关键的中断处理代码中，老代码不能正确处理串口初始化时的SET_LINE_CODING对话。

我连续攻关几日没能攻克后，请非常擅长嵌入式调试的老朋友文波助阵，一起搞了一个晚上，也还是没有搞定。

主要的困难有两个：

对USB主机和设备之间通信的深层细节不够熟悉；
工具不够给力，缺少USB协议分析仪。

虽然有JTAG调试器和串口打印，但是两种方法的威力在调试中断和时序敏感的问题时都大打折扣。一旦设置断点和单步跟踪，主机端就认为设备超时，“不和你聊了”。另外，SET_LINE_CODING这样的USB对话被细分成多个步骤：SETUP、确认SETUP、OUT、确认OUT，等等。任何一个步骤出问题都会失败，断点的数量有限，常常顾此失彼，而增加串口打印，又会加大延迟。

春节之后，对症下药，有了USB分析仪帮忙，效率大不一样，首先清楚认识了正常通信时的每个动作细节。

然后抓到失败通信时的失败动作。

而后再对比代码分析原因。

重要的是，我们还找到了一种简单复现问题的方法，只要在关键的处理路径上加一行打印就可以复现问题。

我把能简单复现的代码发给格友里的几个喜欢玩嵌入式的老朋友，他们也是非常吃惊。

找到这个过于敏感的根因后，我不禁想起春节前与文波挑灯夜战时，他提到网上有同行遇到类似问题，最后就是打开编译优化就好了。是啊，关键路径上跑的快一些确实就能克服这个敏感症。

回想起来，春节前文波第一次提到“打开编译优化就好”的解决方案时，我没有太往心里去，觉得可能是巧合。因为当时还没有把问题的根因定性在“过于敏感”上，也没有找到代码中的敏感路径。

闭目沉思，与太乙公路上的那块顽石就明晃晃地摆在修路人的面前不同，计算机世界里的“顽石”是非常隐蔽的，需要花大量的时间和精力去发现它。而很多时候，在没有发现之前就放弃了。

钉子户其三：DMA

最近一段时间，AI技术很是火爆，一些自媒体更是添油加醋，把AI技术说的神乎其神。在我看来，AI技术确实有了很大进步，但短时间内肯定还与真人差距很大。让AI做些简单的辅助工作是可能的。但是让AI去解决具有创造性的，或者高难度的技术问题，那它还差距很远。以上文说的两个技术难题为例，哪个AI公司敢跳出来说他们的AI机器人可以把格蠹2周里搞定的问题在2个月内解决（把根因说清，给出能工作的代码）？

人类的思维系统具有超强的“聚焦”和钻研能力，可以持续在一个问题上探索，探索，再探索，所以爱因斯坦能想出E = mC2这样的伟大方程（E是能量，m是质量，c2是光速的平方）。

AI的发展，进一步验证了我一直坚持的一个信念，如果要想长期做技术，那就必须要做的深。唯有深，才能解决复杂问题，唯有能解决复杂问题，才有竞争力，才不可取代。

换句话来说，任何项目都会遇到难题，当前进道路上出现硬钉子时，别人都沉默不语了，而你能站出来，把它铲除，那么你就是团队里的英雄，连你的对手都打内心里佩服你。

另外，AI之所以表现出一些让我们惊叹的能力，那是因为人类用海量的信息对它进行了超乎想象的高强度训练。这一点也告诉我们，要保持我们自己大脑的竞争力，那么也要不断训练，也就是学习。

与AI训练很讲究方法一样，人类的学习也很在乎方法。论容量和运行速度，人类的大脑肯定比不过今天的高性能AI服务器。但是如上文所说，人类大脑具有超强的聚焦能力，分析能力，演绎和推理能力，要与AI竞争，我们必须不断加强这些能力。

在人类大脑的推理路径上，有时也会遇到钉子户。比如，在微信群里，多次有同行讨论到DMA，而且一提到这个问题，不少人都有同感，说是难理解，不知道它在哪里，没有搞清楚。对于有些问题，不清楚可能也不要紧，但是对于DMA，它似乎是太乙公路上的那块顽石，刚好占据关键的位置，要想通过，必须经过它这一关。