DMAMUX模塊的大致原理及基本框架

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(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，它是DMA請(qǐng)求中轉(zhuǎn)調(diào)度器，或說(shuō)DMA請(qǐng)求路由器?；竟δ芫褪菍⒏髀稤MA請(qǐng)求經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)DMA傳輸。

用過(guò)不帶DMAMUX的STM32芯片的DMA模塊的人可能會(huì)問(wèn)，之前沒(méi)這個(gè)模塊，不是照樣用嗎？外設(shè)申請(qǐng)DMA請(qǐng)求，DMA控制器做出應(yīng)答響應(yīng)后即可實(shí)現(xiàn)DMA傳輸。為什么后面推出的STM32系列往往要增加這個(gè)DMA請(qǐng)求復(fù)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(qǐng)求與DMA傳輸通道的關(guān)系。

下圖是STM32F3系列的DMA1的DMA請(qǐng)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(qǐng)求可以來(lái)自多個(gè)外設(shè)，不過(guò)每路傳輸通道每次只能配置1個(gè)外設(shè)請(qǐng)求。從上圖可以看出，各個(gè)外設(shè)請(qǐng)求所對(duì)應(yīng)的DMA傳輸通道是唯一且固定的。比方說(shuō)，若TIM1_CH1和TIM2_UP兩個(gè)外設(shè)事件都想申請(qǐng)DMA傳輸，這時(shí)就有點(diǎn)麻煩，因?yàn)槎叨贾荒苌暾?qǐng)DMA傳輸通道Channel2。那能不能有稍微靈活點(diǎn)的DMA請(qǐng)求與傳輸方案呢？像遇到多個(gè)DMA請(qǐng)求只能申請(qǐng)同一DMA傳輸通道時(shí)就麻煩了。ST后面推出的STM32F4/STM32F7等系列，在這個(gè)地方就做了調(diào)整。

下面是STM32F4系列的DMA2的DMA請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)Stream2的傳輸，由于每條傳輸通道每次只接受1個(gè)外設(shè)請(qǐng)求，根據(jù)上表，我們還可以將SPI1_RX請(qǐng)求安排在Stream0,將ADC2的請(qǐng)求安排在Stream3。顯然，各個(gè)外設(shè)請(qǐng)求所對(duì)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(guò)，盡管說(shuō)STM32F4系列的DMA請(qǐng)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(gè)外設(shè)請(qǐng)求與能申請(qǐng)到DMA傳輸通道的映射關(guān)系還是固定的。比方ADC2的請(qǐng)求只可能申請(qǐng)到Stream2或Strem3,而SPI_RX的請(qǐng)求就只能申請(qǐng)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(guò)來(lái)的局面，最糟糕的情形就是盡管DMA請(qǐng)求安排不過(guò)來(lái)，個(gè)別DMA傳輸通道可能又還閑著。那有沒(méi)有可能DMA請(qǐng)求跟DMA傳輸通道的映射關(guān)系不事先固定下來(lái)，而在具體使用時(shí)通過(guò)一個(gè)中間機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)度協(xié)調(diào)呢？這樣既保證DMA請(qǐng)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(gè)問(wèn)題，目前能申請(qǐng)到DMA傳輸?shù)膬H限于外設(shè)事件，能不能將DMA請(qǐng)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(qǐng)求呢？

這時(shí)，應(yīng)該說(shuō)DMAMUX就基于這些需求應(yīng)運(yùn)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(jì)的?！?/p>

說(shuō)到這里，打個(gè)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(lái)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(shuō)你聯(lián)系他時(shí)，他正忙別的事情一會(huì)不會(huì)根本照顧不到你這里，別的小哥你又聯(lián)系不上，這時(shí)你就只能干著急了。后來(lái)，快遞公司搞了個(gè)客服部門(mén)，只需知道客戶電話，隨時(shí)申請(qǐng)快遞，客服幫你搞定?？头湍愀愣ú皇怯H自來(lái)給你收發(fā)快遞，而是幫你靈活調(diào)度快遞小哥來(lái)完成。小哥張不行，小哥李來(lái)。此處的客服部門(mén)就像這里描述的DMAMUX。當(dāng)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(shí)現(xiàn)對(duì)DMA請(qǐng)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(qǐng)求的事件而生成DMA請(qǐng)求，該請(qǐng)求具有跟其它外設(shè)事件所產(chǎn)生DMA請(qǐng)求的同等效果，比方基于GPIO的外部中斷事件產(chǎn)生DMA請(qǐng)求。

對(duì)于那些具有DMAMUX模塊的STM32芯片，所有的DMA請(qǐng)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(qǐng)求路由通道再與DMA控制器相連。至于某個(gè)DMA請(qǐng)求到底跟DMA控制器的哪條傳輸通道相關(guān)聯(lián)，通過(guò)軟件配置，并不事先固定下來(lái)。對(duì)于那些用過(guò)不帶DMAMUX的STM32用戶來(lái)說(shuō)，當(dāng)它切換到帶DMAMUX的STM32芯片，使用DMA時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)之前的那張基于DMA請(qǐng)求與DMA傳輸通道映射表不復(fù)存在了，而換之以基于DMAMUX的各類輸入、輸出信號(hào)或事件的映射表?！咀ⅲ篋MA請(qǐng)求或稱DMA請(qǐng)求線】

下面以STM32G4系列內(nèi)置的DMAMUX為例，對(duì)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(qǐng)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(shí)現(xiàn)DMA請(qǐng)求的路由轉(zhuǎn)發(fā)。其組成單元是DMA請(qǐng)求路由通道，請(qǐng)求路由器由多個(gè)請(qǐng)求路由通道組成。

每個(gè)路由通道可轉(zhuǎn)發(fā)1路DMA請(qǐng)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(gè)路由通道都與所有DMA輸入請(qǐng)求線【dmamux_reqx】并行相連，并且都有同步單元【Sync】和DMA請(qǐng)求計(jì)數(shù)器。多個(gè)同步輸入信號(hào)與各同步單元并行相連，可用來(lái)控制DMA請(qǐng)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(hào)，以實(shí)現(xiàn)不同路由通道之間的級(jí)聯(lián)【不同路由通道最終對(duì)應(yīng)到不同的DMA傳輸通道】，又可以作為DMA請(qǐng)求生成器的觸發(fā)輸入信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)基于不同DMA請(qǐng)求之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系。

第二塊，DMA請(qǐng)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(qǐng)求。其組成單元是請(qǐng)求生成通道，由多個(gè)請(qǐng)求生成通道構(gòu)成請(qǐng)求生成器。每個(gè)生成通道與所有的觸發(fā)輸入信號(hào)并行相連，每個(gè)通道也具有DMA請(qǐng)求計(jì)數(shù)器。當(dāng)生成器收到觸發(fā)輸入信號(hào)【dmamux_trgx】時(shí)，相應(yīng)的請(qǐng)求生成通道則產(chǎn)生DMA請(qǐng)求信號(hào)【dmamux_req_genx】，并輸出到DMA請(qǐng)求路由器。

通過(guò)DMA請(qǐng)求生成器基于觸發(fā)信號(hào)生成DMA請(qǐng)求，一方面可以彌補(bǔ)只是部分外設(shè)事件【dmamux_req_inx】才可以申請(qǐng)DMA傳輸?shù)木窒?，另一方面可以將不同DMA請(qǐng)求借助路由器模塊輸出的路由事件【dmamux_evtx】關(guān)聯(lián)起來(lái)，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(qǐng)求生成器通道數(shù)為4，請(qǐng)求生成器可接受的觸發(fā)輸入信號(hào)有21個(gè)，路由通道的同步輸入信號(hào)可達(dá)21個(gè)，可接受的外設(shè)請(qǐng)求輸入信號(hào)或事件可達(dá)115個(gè)。

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(duì)應(yīng)匹配。

這里DMAMUX的請(qǐng)求生成器通道數(shù)為4，即有4個(gè)通道可以基于觸發(fā)輸入信號(hào)產(chǎn)生DMA請(qǐng)求：

用來(lái)可以生成DMA請(qǐng)求的觸發(fā)輸入信號(hào)可以有21個(gè)：

從上圖可以看出，絕大部分觸發(fā)信號(hào)都源于外部中斷事件，還有幾個(gè)來(lái)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(hào)，而可以產(chǎn)生DMA請(qǐng)求的生成通道才4個(gè)，每個(gè)通道根據(jù)什么來(lái)選擇所需要的觸發(fā)信號(hào)呢，當(dāng)然是通過(guò)各個(gè)生成通道的配置寄存器DMAMUX_RGCnCR進(jìn)行選擇配置【n對(duì)應(yīng)生成器通道號(hào)】。

可以用來(lái)作為DMAMUX路由通道的同步輸入信號(hào)也可以有21個(gè)，具體內(nèi)容跟上面的觸發(fā)輸入信號(hào)一樣。同樣，具體到各個(gè)路由通道選擇哪路信號(hào)作為同步信號(hào)，通過(guò)路由通道配置寄存器MAMUX_CmCR進(jìn)行配置即可【m對(duì)應(yīng)路由通道號(hào)】。

可接受的外設(shè)請(qǐng)求輸入信號(hào)或事件可達(dá)115個(gè)，這個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)該包括了DMAMUX生成器的4個(gè)通道生成的DMA請(qǐng)求。手冊(cè)一直將來(lái)自外設(shè)的DMA請(qǐng)求和基于生成器產(chǎn)生的DMA請(qǐng)求分開(kāi)表述的，這里突然籠統(tǒng)地將二者稱之為外設(shè)請(qǐng)求感覺(jué)有點(diǎn)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(xì)節(jié)還得閱讀STM32芯片相應(yīng)的參考手冊(cè)。當(dāng)對(duì)它有了一個(gè)相對(duì)清晰的框架性了解后，再結(jié)合應(yīng)用實(shí)例和手冊(cè)就更容易理解和把握更深入的細(xì)節(jié)。最后推薦個(gè)關(guān)于DMAMUX的應(yīng)用筆記AN5224，可以下載閱讀。