如何理解nRF5芯片外设PPI

如何理解nRF5芯片外设PPI

Nordic Semiconductor的nRF5系列芯片中包含了一个独特的外设——可编程外设互连（PPI，Programmable Peripheral Interconnect）。PPI的设计目的是让CPU处于空闲模式时，外设之间仍能完成通信，从而降低系统功耗。虽然PPI和DMA在外设间通信的功能上有些相似，但它们的工作原理完全不同。

Nordic芯片的独特设计理念

在Nordic芯片中，每个外设都可以看作是一个状态机，具有输入（task）、输出（event）和状态。常见的task包括启动外设、清零寄存器等，而常见的event则包括数据发送完毕、外设关闭等。与传统芯片不同的是，Nordic将每个task和event都设计为独立的32位寄存器，而不是使用单个比特位。这种设计使得每个task和event都有一个独立且唯一的地址，为PPI的实现奠定了基础。

例如，Timer模块的寄存器列表中包含了各种task和event寄存器：

同样，ADC模块的寄存器列表中也包含了各种task和event寄存器：

PPI的工作原理

PPI本身也是一个外设，具有自己的寄存器定义。其主要功能是配置PPI通道，通过这些通道将一个外设的event与另一个外设的task连接起来。当某个外设的event被触发（相关寄存器为1）时，会自动触发连接的外设的task（将相关寄存器置1）。

实际应用对比

以一个简单的例子来说明PPI的优势：假设需要实现定时10ms后启动ADC模块的功能。

传统方式

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到时，进入Timer timeout handler，启动ADC（CPU工作）

PPI方式

1. 初始化Timer模块、ADC模块和PPI模块，将Timer的timeout event与ADC的start task相连（CPU工作）
2. 启动Timer（CPU工作）
3. 等待Timer timeout，10ms到时，PPI自动启动ADC（CPU不工作）

通过对比可以看出，PPI方式减少了CPU的工作时间，降低了系统功耗。此外，由于不需要进入中断处理程序，PPI还提高了系统的实时性。

PPI的高级功能

除了基本的event-task映射，PPI还支持fork机制，允许一个event同时触发两个task。这可以通过将一个event同时连接到一个task及其对应的fork来实现。

实践示例

读者可以参考SDK自带的例子工程：

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

下面是一段PPI使用的代码示例，实现了定时时间到后通过PPI自动操作IO口的功能：

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);

通过以上内容，读者可以对Nordic nRF5芯片中的PPI功能有全面的了解，并能够开始在实际项目中应用这一特性。