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ppi与esq32中ETM技术的异同

发布时间 2023-06-24 22:42:15作者: 快乐气氛组阿宇

PPI ETM

PPI

概念

PPI（Programmable Peripheral Interconnect），是将不同外设“连接”在一起，而不经过CPU的一种技术，可以有效降低CPU负载和芯片运行功耗

具体举例：

比如想要定时采样，那么你需要一个定时器外设以及一个ADC外设，正常的做法是设置中断，当定时器计数到某一个时刻，进入中断事件，然后在中断事件中使用ADC外设采样。而PPI通过配置通道，当定时器计数到某一时刻触发事件，而接收端的TEP端点会自动执行ADC采样，不需要CPU的调度，可以有效降低负载以及功耗，并且由于不进入中断，启动ADC的操作就不存在被其他高优先级中断打断的可能，系统实时性更好

具体原理与DMA类似，不过DMA是将外设数据存储到内存，而PPI是通过外设的事件变化而执行相关的任务，直接通过硬件实现，都不需要通过CPU

具体原理

PPI实现是通过PPI通道连接事件与任务实现的

原理如下图所示：

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每一个PPI通道包括三个端点，分别是一个事件端点（EEP），一个任务端点（TEP），以及一个fork任务端点，这样它可以通过某一个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）

PPI通道情况

一共有32个通道，如下图

image-20230619160357664

20个可编程通道，12个固定通道（固定通道的fork任务端点也可以编程），并且这些固定通道可以单独启用、禁用或添加到 PPI 通道组

固定PPI通道功能如下：

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这些通道通过端点事件来触发固定的任务，简单来说，外设事件使用与事件关联的事件寄存器的地址连接到 EEP，外设任务使用与任务关联的任务寄存器的地址连接到 TEP，这样当外设事件发生时，另一个外设就可以自动执行相关任务。

在每个 PPI 通道上，信号与 16 MHz 时钟同步，这样可以避免时序违例

由于通道都是通过寄存器来进行配置，下面介绍寄存器的概念以及使用

寄存器使用

由于PPI通道有32个，所以PPI的控制寄存器有32bit，每一个bit控制对应的通道开启或者关闭，EEP 和 TEP为32bit，可以方便写入外设的时间和任务地址，PPI寄存器的基地址为0x4001F000，其它在此基础上偏移

寄存器的概况：

寄存器种类分为以下几种：

  1. 6个组寄存器，包括任务组寄存器和事件组寄存器
  2. CHEN
  3. CHENSET
  4. CHENCLR
  5. 20个通道的EEP 和 TEP 32bit，可以写入相关的事件或者任务地址
  6. 32个fork任务寄存器

六个组寄存器：

先绑定地址，也就是哪一个通道在通道组里，然后设置该通道开启还是关闭

CHG寄存器负责绑定相关通道的地址（对应bit置1即可加入该通道）

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image-20230619163255696

寄存器设置某一个组的PPI通道开启关闭

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当通道组相交的时候，单个通道的EN使能比DIS禁用有更高的优先级

CHEN、CHENSET、CHENCLR寄存器

设置单个通道的开启或关闭

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20个通道的EEP 和 TEP

事件与任务节点寄存器，记录事件和任务的端点地址

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32个fork任务寄存器

fork任务寄存器绑定要执行任务的地址，可以扩展相关功能，就是相当于可以同时多触发32个事件

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寄存器具体形式

以CHEN寄存器进行说明：

image-20230619163717507

共有32bit，代表32个通道，对应的通道为1则开启这个通道，每一个寄存器的偏移都是4个字节，因为是32bit。

使用方法：

禁用或者开启PPI通道有两种方法：

  • 使用 CHEN、CHENSET 和 CHENCLR 寄存器单独启用或禁用 PPI 通道。
  • 通过组的启用和禁用任务启用或禁用 PPI 通道组中的 PPI 通道。
/*
CHEN寄存器（Channel Enable Register）：
CHEN寄存器用于控制单个PPI通道的使能状态，当CHEN位为1时，表示对应的PPI通道处于使能状态

CHENSET寄存器（Channel Enable Set Register）：
CHENSET寄存器用于设置（使能）多个PPI通道。该寄存器的每个位对应一个PPI通道，并且通过设置相应的位，可以将对应的PPI通道置为使能状态。这个通道不能写0
在写1的时候两者作用相同，但是CHENSET可以读，读取他的值来获取某一个通道是否被使能了

CHENCLR（Channel Enable Clear）：
用于清除（禁用）多个PPI通道的使能状态，通过设置CHENCLR寄存器中的某个位，可以将对应的PPI通道禁用

通过GPIOTE和PPI共同使用来处理事件与任务

通过寄存器来实现：

单个通道的方法

步骤如下：

  1. 分配好GPIOTE 对应的输入事件和输出任务
  2. 分配好PPI通道，在PPI通道两端 EEP TEP赋值输入事件和输出任务的地址。
  3. 使能PPI通道。
static void gpiote_init(void)
{
	nrf_gpio_cfg_input(BSP_BUTTON_0,NRF_GPIO_PIN_PULLUP);//设置管脚位上拉输入

	NRF_GPIOTE->CONFIG[0] =  (GPIOTE_CONFIG_POLARITY_HiToLo << GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Pos)//绑定GPIOTE通道0
	                         | (BSP_BUTTON_0<< GPIOTE_CONFIG_PSEL_Pos)  // 配置输入事件状态 
							 | (GPIOTE_CONFIG_MODE_Event << GPIOTE_CONFIG_MODE_Pos);//事件模式

  	NRF_GPIOTE->CONFIG[1] =  (GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Toggle << GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Pos)//绑定GPIOTE通道1
							 | (BSP_LED_0 << GPIOTE_CONFIG_PSEL_Pos) // 配置任务输出状态
							 | (GPIOTE_CONFIG_MODE_Task << GPIOTE_CONFIG_MODE_Pos);//任务模式					
}

void ppi_init(void)
{
    // 配置PPI的端口，通道0一端接按键任务，另外一端接输出事件
    NRF_PPI->CH[0].EEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->EVENTS_IN[0]);//事件
    NRF_PPI->CH[0].TEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[1]);//任务
 
    // 使能PPI的通道0
    NRF_PPI->CHEN = (PPI_CHEN_CH0_Enabled << PPI_CHEN_CH0_Pos);//使能第0通道
}

int main(void)
{
	gpiote_init();
	ppi_init();
	while(1){
	}
}

组通道的方法

...//gpiote_init
void ppi_init(void)
{
    // 配置PPI通道0，一端接GPIOTE事件0，一端接GPIOTE任务1
    NRF_PPI->CH[0].EEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->EVENTS_IN[0]);
    NRF_PPI->CH[0].TEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[1]);
	 // 配置PPI通道1，一端接GPIOTE事件2，一端接GPIOTE任务3
	NRF_PPI->CH[1].EEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->EVENTS_IN[2]);
    NRF_PPI->CH[1].TEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[3]);
    //把通道0和通道1 绑定到PPI group0之上
	NRF_PPI->CHG[0]=0x03;	
}
/*通过按钮来管理组的开启与关闭*/
int main(void)
{    
	gpiote_init();
	ppi_init();
	KEY_Init();
	LED_Init();
	LED3_Close();
	LED4_Close();
    while (true)
    {
        if( KEY3_Down()== 0){
			LED4_Close();
		 	NRF_PPI->TASKS_CHG[0].EN = 1;//使能PPI group0
			LED3_Toggle();
		} 
		if( KEY4_Down()== 0){ 
			LED3_Close();
			NRF_PPI->TASKS_CHG[0].DIS = 1;//关闭PPI group0
			LED4_Toggle();
    	}
	}
}

fork 寄存器的使用方法

...//gpiote_init
void ppi_init(void)
{
    // 配置PPI一端接输入事件0，一端接输出任务1
    NRF_PPI->CH[0].EEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->EVENTS_IN[0]);
    NRF_PPI->CH[0].TEP = (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[1]);
	  //输出端接通道0的fork分支端，在CH[0] TASKS_OUT[1]的基础上加上TASKS_OUT[2]
    NRF_PPI->FORK[0].TEP= (uint32_t)(&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[2]); 
    // 使能通道0
    NRF_PPI->CHEN = (PPI_CHEN_CH0_Enabled << PPI_CHEN_CH0_Pos);
}
...
while (true){
}

总结：

使用步骤就是先将地址绑定在对应寄存器内，然后通过开启单个通道使能或者组通道使能来实现PPI功能

ETM

概念

事件任务矩阵 (ETM) 外设包含 50 个可配置通道。每个通道可以将任意指定外设的事件映射到任意指定外设的 任务，从而触发外设执行指定任务，无需 CPU 干预。

功能

每一个外设都有固定的事件，官方定义完了。

image-20230619173625635U

每一个事件都通过特定的宏定义出来了，任意事件可以一个通道与任意一个任务相对应。

每一个通道的具体原理如下：

image-20230619173812293

一个事件通过一个多路选择器连接到通道，通道由三个寄存器分别控制开启和关闭，最后通过多路复用器实现任务的运行。

PPI和ETM对比

相同点：

  1. 设计思路都是外设事件直接触发外设任务，不需要经过CPU

  2. 都是通过通道的方式连接事件与任务，每个通道都通过三个寄存器分别表示状态，控制开启，控制关闭，其中每一位代表一个通道

  3. 都可以多对一或者一对多

不同点：

  1. PPI是通过寄存器开关来控制事件和通道的连接，ETM是通过多路选择器控制
  2. PPI是通过绑定事件的地址来实现事件的触发，ETM是通过宏定义实现事件的触发，所以使用上PPI需要自己注册相关事件，ETM有官方写好的宏定义，调用更为方便
  3. ETM的通道较多为50个，功能更为强大，但是为了控制其余的18个通道，需要额外多出三个通道控制的寄存器
  4. PPI可以实现事件组控制，便于管理，而ETM不可以
  5. PPI连接了一个16M的时钟来保持时序同步，而ETM没有，所以ETM对两个连续事件之间的时间间隔有要求

问题：

  1. FORK TEP是用来做什么的?
    这个通道相当于TEP的扩展通道，相当于一个事件可以同时触发两个任务，其中一个是正常的TEP，而第二个任务就是fork TEP,这个任务也可以自己定义相关的逻辑，相当于让功能增强一倍

  2. 通道组 是否只是用来同时EN或DIS组内的通道?

    我觉得是这样的，他有两个寄存器来管理组通道，其中一个就是设置通道组里是哪一个通道，第二个就是开启或者关闭通道组

    每一个通道组的控制有两组寄存器来实现，第一组寄存器用来绑定相关通道，如下图：image-20230619163248400
    第二组寄存器用来实现组的开关
    image-20230619163042296
    我觉得主要目的是方便了灵活配置，或者说如果组内的两个通道指甲需要数据传输，可以把它们放在一个通道组里面，这样就更加便于管理

思考：

  1. CHEN寄存器可以直接读写 为何还需要CHENSET和CHENCLR 这两个寄存器 ?

    • CHENSET和CHENCLR 可以读出CHEN寄存器的状态
    • CHENSET和CHENCLR 可以在设置多位开关的时候更为方便，比如在开启一些通道的基础上，还想开启10和15通道，用CHENSET就可以直接实现，而不需要再重新设置一下CHEN。

  2. PPI的event和task为什么都是独立的32位寄存器 ？

    因为这个芯片每个外设都分配了一个固定的 0x1000 字节地址空间块，相当于 1024 x 32 位寄存器。

    32位寄存器刚好可以写入外设事件和外设任务的地址，这样当事件或者任务出现的时候，可以直接执行相关任务，方便后面的PPI外设地址写入

    image-20230620113847383