如何理解nRF5芯片外設PPI

PPI，英文全稱Programmable Peripheral Interconnect，是Nordic獨有的外設，其設計目的是讓CPU處於idle模式下外設與外設之間也能完成相應通信，從而降低系統功耗。為此，很多人會把PPI類比成DMA，的確PPI和DMA兩者在設計最終目的上有一定的相似性，但兩者的功能和原理完全不相同。講解PPI原理之前，先大概闡述一下Nordic芯片一個獨特的設計理念。

Nordic芯片每個外設都可以看做一個狀態機，所以每個外設都有輸入（task），輸出（event）以及狀態。比較常見的task比如啟動外設，清0寄存器等，常見的event比如數據發送完畢，外設關閉等。實現上，每個task和event都是一個獨立的32-bit寄存器，這跟傳統的芯片不一樣，傳統的芯片都是用寄存器的某一個bit來啟動，或者某一個bit來顯示狀態。換句話說，Nordic把傳統芯片1bit要做的事情換成一個完整的32-bit寄存器來實現。這樣做的好處是，每個task和event都是一個寄存器，他們都可以用一個獨立而唯一的地址來標識，這就為PPI打下了堅實的基礎。比如Timer模塊的寄存器列表如下所示，里面就包含了各種task和event寄存器：

 

 

再比如ADC模塊的寄存器列表如下所示，里面也包含了各種task和event寄存器：

 

 

現在開始講PPI，首先PPI也是一個外設，因此PPI也有自己的寄存器定義，如下圖所示，其主要用來配置PPI通道等。簡言之，PPI就是一個數字邏輯系統，它可以通過某一個PPI通道把外設1的event跟外設2的task相連，這樣一旦外設1的event置起（相關寄存器為1），將會自動觸發外設2的task（將相關寄存器自動置1）。

 

 

下面以一個實際例子來加深大家對PPI的理解，假設我們要實現如下功能：啟動timer，定時10ms，10ms到后啟動ADC模塊。這里我們以兩種方式來實現該例子要求：傳統方式和PPI方式，大家仔細比較兩者的區別，以理解PPI的積極作用。

傳統方式

傳統方式大致需要如下步驟：

1. 初始化Timer模塊和ADC模塊——（CPU工作）
2. 啟動Timer——（CPU工作）
3. 等待Timer中斷——（CPU不工作）
4. 10ms到，進入Timer timeout handler，啟動ADC——（CPU工作）

PPI方式

PPI方式大致需要如下步驟：

1. 初始化Timer模塊，ADC模塊，以及PPI模塊，將Timer模塊的timeout event和ADC模塊的start task相連——（CPU工作）
2. 啟動Timer——（CPU工作）
3. 等待Timer timeout，10ms到，PPI將自動啟動ADC——（CPU不工作）

通過比較傳統方式和PPI方式，PPI方式可以少進入一次timeout handler，從而減少CPU工作時間，降低系統功耗。由於不需要進入timeout handler，因此啟動ADC的操作就不存在被其他高優先級中斷打斷的可能，這是PPI帶來的第二個好處：系統實時性更好。

除了一個event對應一個task，PPI通過fork機制可以讓一個event同時啟動2個task，即把一個event同時和一個task以及task對應的fork相連，以實現一個event到來，2個task同時啟動的目的。

大家可以參考SDK自帶例子（Keil5工程）：

SDK安裝目錄\examples\peripheral\ppi\pca10040\blank\arm5_no_packs

或者

SDK安裝目錄\examples\peripheral\gpiote\pca10040\blank\arm5_no_packs

來進一步理解PPI的工作原理和編程注意事項。

下面為一段PPI使用代碼示例，它實現的功能是：當定時時間到，通過PPI自動去操作IO口

err_code = nrf_drv_ppi_init();

APP_ERROR_CHECK(err_code);

err_code = nrf_drv_ppi_channel_alloc(&ppi_channel);

APP_ERROR_CHECK(err_code);


compare_evt_addr = nrf_drv_timer_event_address_get(&timer, NRF_TIMER_EVENT_COMPARE0);

gpiote_task_addr = nrf_drv_gpiote_out_task_addr_get(GPIO_OUTPUT_PIN_NUMBER);

 
err_code = nrf_drv_ppi_channel_assign(ppi_channel, compare_evt_addr, gpiote_task_addr);

APP_ERROR_CHECK(err_code);

err_code = nrf_drv_ppi_channel_enable(ppi_channel);

APP_ERROR_CHECK(err_code);