STM32F4系列的DMA請求與DMA傳輸通道的映射關(guān)系多了些選擇性,靈活性

STM32家族中的有些系列，比如STM32G0/STM32G4/STM32L4+/STM32H7等系列都內(nèi)置了DMAMUX模塊，它是干什么用的？跟DMA有什么關(guān)聯(lián)？

簡單點說，它是DMA請求中轉(zhuǎn)調(diào)度器，或說DMA請求路由器?；竟δ芫褪菍⒏髀稤MA請求經(jīng)過它的再分配調(diào)度后連接到相應(yīng)的DMA控制器傳輸通道以實現(xiàn)DMA傳輸。

用過不帶DMAMUX的STM32芯片的DMA模塊的人可能會問，之前沒這個模塊，不是照樣用嗎？外設(shè)申請DMA請求，DMA控制器做出應(yīng)答響應(yīng)后即可實現(xiàn)DMA傳輸。為什么后面推出的STM32系列往往要增加這個DMA請求復用路由器呢？

我們不妨先看看那些片內(nèi)不帶DMAMUX的DMA外設(shè)請求與DMA傳輸通道的關(guān)系。

下圖是STM32F3系列的DMA1的DMA請求與傳輸通道的映射關(guān)系圖［STM32F1系列的DMA架構(gòu)跟F3系列類似］：

拿上圖中的DMA傳輸通道Channel2為例，DMA請求可以來自多個外設(shè)，不過每路傳輸通道每次只能配置1個外設(shè)請求。從上圖可以看出，各個外設(shè)請求所對應(yīng)的DMA傳輸通道是唯一且固定的。比方說，若TIM1_CH1和TIM2_UP兩個外設(shè)事件都想申請DMA傳輸，這時就有點麻煩，因為二者都只能申請DMA傳輸通道Channel2。那能不能有稍微靈活點的DMA請求與傳輸方案呢？像遇到多個DMA請求只能申請同一DMA傳輸通道時就麻煩了。ST后面推出的STM32F4/STM32F7等系列，在這個地方就做了調(diào)整。

下面是STM32F4系列的DMA2的DMA請求與傳輸通道的映射關(guān)系圖：

不難看出，STM32F4系列的DMA架構(gòu)跟STM32F1/F3有所不同，在DMA請求與DMA傳輸通道的映射安排方面有明顯改良和優(yōu)化，相比之下，DMA請求與DMA傳輸通道間的安排更為靈活了。

比如ADC2、SPI1_RX、USART1_RX原則上都可以申請Stream2的傳輸，由于每條傳輸通道每次只接受1個外設(shè)請求，根據(jù)上表，我們還可以將SPI1_RX請求安排在Stream0，將ADC2的請求安排在Stream3。顯然，各個外設(shè)請求所對應(yīng)的DMA傳輸通道的安排不像上面F3/F1系列那樣固定僵化了。

不過，盡管說STM32F4系列的DMA請求與DMA傳輸通道的映射關(guān)系多了些選擇性，更為靈活了，但各個外設(shè)請求與能申請到DMA傳輸通道的映射關(guān)系還是固定的。比方ADC2的請求只可能申請到Stream2或Strem3，而SPI_RX的請求就只能申請到Stream0或Stream2，別的DMA傳輸通道就別想了。這樣的話，還是有可能遇到某些情況下安排不過來的局面，最糟糕的情形就是盡管DMA請求安排不過來，個別DMA傳輸通道可能又還閑著。那有沒有可能DMA請求跟DMA傳輸通道的映射關(guān)系不事先固定下來，而在具體使用時通過一個中間機構(gòu)來調(diào)度協(xié)調(diào)呢？這樣既保證DMA請求安排的靈活性，又可提升DMA控制器的使用效率。另外，這里還有個問題，目前能申請到DMA傳輸?shù)膬H限于外設(shè)事件，能不能將DMA請求范圍拓展下呢，讓更多的其它非外設(shè)事件也可以產(chǎn)生DMA請求呢？

這時，應(yīng)該說DMAMUX就基于這些需求應(yīng)運而生了！【注：這是我理解加想象的推論，畢竟芯片不是我設(shè)計的?！?/p>

說到這里，打個生活中發(fā)快遞的比方。早期發(fā)快遞，我們往往是靠幾張有限的快遞小哥的名片或電話來找相應(yīng)的小哥收發(fā)快遞，如果他的名片你一下找不到或者說你聯(lián)系他時，他正忙別的事情一會不會根本照顧不到你這里，別的小哥你又聯(lián)系不上，這時你就只能干著急了。后來，快遞公司搞了個客服部門，只需知道客戶電話，隨時申請快遞，客服幫你搞定?？头湍愀愣ú皇怯H自來給你收發(fā)快遞，而是幫你靈活調(diào)度快遞小哥來完成。小哥張不行，小哥李來。此處的客服部門就像這里描述的DMAMUX。當然，有了客服還可以拓展出其它跟快遞有關(guān)的便利事務(wù)。

回到DMAMUX，它除了實現(xiàn)對DMA請求與DMA傳輸通道的靈活配置外，還可以基于某些本不能產(chǎn)生DMA請求的事件而生成DMA請求，該請求具有跟其它外設(shè)事件所產(chǎn)生DMA請求的同等效果，比方基于GPIO的外部中斷事件產(chǎn)生DMA請求。

對于那些具有DMAMUX模塊的STM32芯片，所有的DMA請求不再直接與DMA控制器相關(guān)聯(lián)，而只是先與DMAMUX相連，DMAMUX的DMA請求路由通道再與DMA控制器相連。至于某個DMA請求到底跟DMA控制器的哪條傳輸通道相關(guān)聯(lián)，通過軟件配置，并不事先固定下來。對于那些用過不帶DMAMUX的STM32用戶來說，當它切換到帶DMAMUX的STM32芯片，使用DMA時會發(fā)現(xiàn)之前的那張基于DMA請求與DMA傳輸通道映射表不復存在了，而換之以基于DMAMUX的各類輸入、輸出信號或事件的映射表?！咀ⅲ篋MA請求或稱DMA請求線】

下面以STM32G4系列內(nèi)置的DMAMUX為例，對其概念架構(gòu)及工作原理再做些具體的介紹。下圖是STM32G4系列內(nèi)部的DMAMUX的功能框圖。

從功能框架上看，它由兩大塊組成。

第一塊，DMA請求路由器【Request Multiplexer】， 上面框圖右上方的紅色方框。

它的核心功能就是實現(xiàn)DMA請求的路由轉(zhuǎn)發(fā)。其組成單元是DMA請求路由通道，請求路由器由多個請求路由通道組成。

每個路由通道可轉(zhuǎn)發(fā)1路DMA請求【dmamux_req_outx】到DMA控制器并與相應(yīng)的DMA傳輸通道相關(guān)聯(lián)。

每個路由通道都與所有DMA輸入請求線【dmamux_reqx】并行相連，并且都有同步單元【Sync】和DMA請求計數(shù)器。多個同步輸入信號與各同步單元并行相連，可用來控制DMA請求的轉(zhuǎn)發(fā)輸出。

各同步單元還可以生成DMA路由事件【dmamux_evtx】，該事件既可以作為DMAMUX其它路由通道的同步輸入信號，以實現(xiàn)不同路由通道之間的級聯(lián)【不同路由通道最終對應(yīng)到不同的DMA傳輸通道】，又可以作為DMA請求生成器的觸發(fā)輸入信號，可以實現(xiàn)基于不同DMA請求之間的級聯(lián)關(guān)系。

第二塊，DMA請求生成器【RequestGenerator】，上面框圖中左下方的紅色方框。

它的核心功能，就是生成DMA請求。其組成單元是請求生成通道，由多個請求生成通道構(gòu)成請求生成器。每個生成通道與所有的觸發(fā)輸入信號并行相連，每個通道也具有DMA請求計數(shù)器。當生成器收到觸發(fā)輸入信號【dmamux_trgx】時，相應(yīng)的請求生成通道則產(chǎn)生DMA請求信號【dmamux_req_genx】，并輸出到DMA請求路由器。

通過DMA請求生成器基于觸發(fā)信號生成DMA請求，一方面可以彌補只是部分外設(shè)事件【dmamux_req_inx】才可以申請DMA傳輸?shù)木窒?，另一方面可以將不同DMA請求借助路由器模塊輸出的路由事件【dmamux_evtx】關(guān)聯(lián)起來，讓DMA應(yīng)用更為靈活并富有創(chuàng)意。

下面繼續(xù)以STM32G4系列的DMAMUX為例，將上面的功能框圖具體化看看。

根據(jù)上圖，STM32G4芯片因不同子序列，DMAMUX的路由輸出通道數(shù)可能是12或16。

DMAMUX的請求生成器通道數(shù)為4，請求生成器可接受的觸發(fā)輸入信號有21個，路由通道的同步輸入信號可達21個，可接受的外設(shè)請求輸入信號或事件可達115個。

DMAMUX路由輸出通道數(shù)最終與片內(nèi)DMA控制器所擁有的傳輸通道相對應(yīng)匹配。

這里DMAMUX的請求生成器通道數(shù)為4，即有4個通道可以基于觸發(fā)輸入信號產(chǎn)生DMA請求：

用來可以生成DMA請求的觸發(fā)輸入信號可以有21個：

從上圖可以看出，絕大部分觸發(fā)信號都源于外部中斷事件，還有幾個來自DMAMUX路由通道產(chǎn)生的DMA路由事件【紅色方框內(nèi)所示】。這么多觸發(fā)輸入信號，而可以產(chǎn)生DMA請求的生成通道才4個，每個通道根據(jù)什么來選擇所需要的觸發(fā)信號呢，當然是通過各個生成通道的配置寄存器DMAMUX_RGCnCR進行選擇配置【n對應(yīng)生成器通道號】。

可以用來作為DMAMUX路由通道的同步輸入信號也可以有21個，具體內(nèi)容跟上面的觸發(fā)輸入信號一樣。同樣，具體到各個路由通道選擇哪路信號作為同步信號，通過路由通道配置寄存器MAMUX_CmCR進行配置即可【m對應(yīng)路由通道號】。

可接受的外設(shè)請求輸入信號或事件可達115個，這個數(shù)據(jù)應(yīng)該包括了DMAMUX生成器的4個通道生成的DMA請求。手冊一直將來自外設(shè)的DMA請求和基于生成器產(chǎn)生的DMA請求分開表述的，這里突然籠統(tǒng)地將二者稱之為外設(shè)請求感覺有點突兀。

關(guān)于DMAMUX模塊的大致原理及基本框架就介紹到這里，更多細節(jié)還得閱讀STM32芯片相應(yīng)的參考手冊。當對它有了一個相對清晰的框架性了解后，再結(jié)合應(yīng)用實例和手冊就更容易理解和把握更深入的細節(jié)。
責任編輯：dhj