如何理解nRF5芯片外设PPI

PPI，英文全称Programmable Peripheral Interconnect，是Nordic独有的外设，其设计目的是让CPU处于idle模式下外设与外设之间也能完成相应通信，从而降低系统功耗。为此，很多人会把PPI类比成DMA，的确PPI和DMA两者在设计最终目的上有一定的相似性，但两者的功能和原理完全不相同。讲解PPI原理之前，先大概阐述一下Nordic芯片一个独特的设计理念。

Nordic芯片每个外设都可以看做一个状态机，所以每个外设都有输入（task），输出（event）以及状态。比较常见的task比如启动外设，清0寄存器等，常见的event比如数据发送完毕，外设关闭等。实现上，每个task和event都是一个独立的32-bit寄存器，这跟传统的芯片不一样，传统的芯片都是用寄存器的某一个bit来启动，或者某一个bit来显示状态。换句话说，Nordic把传统芯片1bit要做的事情换成一个完整的32-bit寄存器来实现。这样做的好处是，每个task和event都是一个寄存器，他们都可以用一个独立而唯一的地址来标识，这就为PPI打下了坚实的基础。比如Timer模块的寄存器列表如下所示，里面就包含了各种task和event寄存器：

 

 

再比如ADC模块的寄存器列表如下所示，里面也包含了各种task和event寄存器：

 

 

现在开始讲PPI，首先PPI也是一个外设，因此PPI也有自己的寄存器定义，如下图所示，其主要用来配置PPI通道等。简言之，PPI就是一个数字逻辑系统，它可以通过某一个PPI通道把外设1的event跟外设2的task相连，这样一旦外设1的event置起（相关寄存器为1），将会自动触发外设2的task（将相关寄存器自动置1）。

 

 

下面以一个实际例子来加深大家对PPI的理解，假设我们要实现如下功能：启动timer，定时10ms，10ms到后启动ADC模块。这里我们以两种方式来实现该例子要求：传统方式和PPI方式，大家仔细比较两者的区别，以理解PPI的积极作用。

传统方式

传统方式大致需要如下步骤：

1. 初始化Timer模块和ADC模块——（CPU工作）
2. 启动Timer——（CPU工作）
3. 等待Timer中断——（CPU不工作）
4. 10ms到，进入Timer timeout handler，启动ADC——（CPU工作）

PPI方式

PPI方式大致需要如下步骤：

1. 初始化Timer模块，ADC模块，以及PPI模块，将Timer模块的timeout event和ADC模块的start task相连——（CPU工作）
2. 启动Timer——（CPU工作）
3. 等待Timer timeout，10ms到，PPI将自动启动ADC——（CPU不工作）

通过比较传统方式和PPI方式，PPI方式可以少进入一次timeout handler，从而减少CPU工作时间，降低系统功耗。由于不需要进入timeout handler，因此启动ADC的操作就不存在被其他高优先级中断打断的可能，这是PPI带来的第二个好处：系统实时性更好。

除了一个event对应一个task，PPI通过fork机制可以让一个event同时启动2个task，即把一个event同时和一个task以及task对应的fork相连，以实现一个event到来，2个task同时启动的目的。

大家可以参考SDK自带例子（Keil5工程）：

SDK安装目录\examples\peripheral\ppi\pca10040\blank\arm5_no_packs

或者

SDK安装目录\examples\peripheral\gpiote\pca10040\blank\arm5_no_packs

来进一步理解PPI的工作原理和编程注意事项。

下面为一段PPI使用代码示例，它实现的功能是：当定时时间到，通过PPI自动去操作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);