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基于RT-Thread功耗调优与PM管理实战经验分享-调试篇

发布于 2020-10-17 14:06:42 浏览：2544 订阅该版

[tocm]

[RT-Thread 电源管理与功耗调优系列 - 目录](https://club.rt-thread.org/ask/article/3419.html)

[基础篇  概念，基础，理解什么是功耗](https://club.rt-thread.org/ask/article/2282.html)

[调试篇  开始搭环境，动手调起来](https://club.rt-thread.org/ask/article/2283.html)

[驱动篇  想要调功耗，代码也要有](https://club.rt-thread.org/ask/article/2284.html)

[系统篇  如何利用rtos或PM框架，配合PMS线程，管理功耗](https://club.rt-thread.org/ask/article/2285.html)

[实战篇  具体问题的实战思考与解决思路](https://club.rt-thread.org/ask/article/2286.html)

[日志篇  功耗日志文件输出与解析](https://club.rt-thread.org/ask/article/2288.html)

[收尾篇  高调做好功耗，低调掌握知识的回顾](https://club.rt-thread.org/ask/article/2289.html)

[进阶：RT-Thread精通PM功耗调优 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/2296.html)

[上手：产品功耗管理与调优经验分享 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/2707.html)

[应用：PM组件应用与经验分享 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/292.html)

## 背景

* 上篇讲了一点功耗管理的概念，理解了功耗管理与优化原来有这么多的东西在里面，分分钟搞定的事情，越来越难做了。

* 一顿操作猛如虎，发现功耗数据依旧不能降低，代码还没写一句。

* 这里使用的是RT-Thread 操作系统，如果换用freertos等，可能会稍有不同。

* 这篇开始进入功耗调试正题。

## 前言

* 老板问我如何降低功耗，我说关闭外设，处理引脚，配置唤醒中断，让MCU进入睡眠模式即可。后来我发现，问题没有想象中那样的简单。

* 如LCD屏这样的外设，每次上电、初始化、正常显示，大概需要100ms以上的时间。你能频繁的开关？

* 进入睡眠模式时，不关闭所有的中断、不等业务处理完，中断异常唤醒后，一塌糊涂，各种无脑的assert死机，代码能上库？

* 处理那些引脚？你自己直接改掉？让驱动的改，他们问你改成什么样，为什么改，不该可以吗？要改找领导去。你会怎么沟通与处理。

## 板级准备

* 简单的对照硬件原理图，哪怕是pdf文档，对照MCU 参考手册或数据手册。要到手硬件调试板子。

* USB线与下载器，配置好编译环境，开始调起来。

* 在调试的过程中，我发现，制造、寻找与使用先进的工具，同样是解决功耗问题的最有效的办法。

*  USB转串口、J-Link等下载线，神器【杜邦线】。

*  调试板焊接电池供电线，方便接外部稳压直流电源，优秀的硬件API接口【排针】、【焊盘】。

*  高精度【万用表】，如果有几十块的，我想测到数据精度与准确度会降低，会影响你的功耗调优判断。

*  稳压电源，一般电压可以手动调。模拟电池供电，建议3.8V输出就够了。

## 环境搭建与调试

把当前的工程编译环境搞好，代码编译完下进去，看看功耗情况，几十毫安是有的，然后开始调试代码的编写。

### GPIO引脚配置清单

* 各个GPIO配置情况，上下拉情况，每个引脚或一组引脚写两个函数：xxx_gpio_init xxx_gpio_deinit。

* xxx_gpio_deinit用于睡眠前的引脚处理，如改为模拟态。

* xxx_gpio_init 用于唤醒后的处理（最好与开机初始化时或睡眠前一致）

### 为什么处理引脚

* 超低功耗优化，10uA也是电流，蚊子腿都是肉，有些gpio会有一点漏电，并且处理起来很快，配置个寄存器而已，处理引脚多了，就降低了上百微安电流。

### MCU电源模式

```
none（不睡）
idle(wfi）
deepsleep（stop1/stop2）
standby（待机、shutdown，特殊引脚唤醒并重启）
```

* 通过熟悉MCU hal库，或手动操作MCU寄存器，把各个模式的实现做成一个个函数。

### 测试环境：

* RT-Thread 调试神器【MSH cmd】

* 把各个函数，都改成msh 串口命令，若能正常执行，查看电流与功耗的变化情况。

* 做好电流数据与测试情况的笔记，用于指引下次调优的方向。

* 耗电较高的模块，调用驱动工程师写好的接口，HAL库接口，进行开关控制

* 可以编写电源打开与关闭接口，做成msh cmd 命令，方便操作并查看记录功耗变化数据。

### 注意点：

* msh串口本身，也会有功耗，如果整机功耗降低到1mA一下时，usb串口可能也会有漏电。

* j-link等下载工具，也会有部分漏电。

* 拆解完整机电流，可以简单组合功耗数据，得出一点思路。

* 接下来，看一下MCU 深睡眠或关机standby模式下，根据电流数据，估算出其他外设漏电情况，还有哪些需要特别处理的。

### 清楚多线程的功耗管理。

* 是否需要发各种消息,是否要关闭或冻结各个线程，睡眠时是否关闭所有外设。PM组件是否靠谱，能否解决实际问题？

* 经过项目实战，使用rt-thread PM组件越多，发现基于PM组件的功耗管理，并不复杂。而且【靠谱】够用。

### 不断积累大量的底层驱动接口

* 指引驱动工程师或自己，去更改增加睡眠相关的处理接口了，有些想LCD、EMMC、PSRAM等外设，开关频繁会出问题，这些可以在睡眠前处理好。

* 一般深睡眠唤醒后，根据不同的唤醒中断源与业务场景，可能不需要把外设全部复原。

###  了解业务

* 性能的提升，会对功耗产生较大的影响，因此，都与相关的项目管理人员沟通，找到折中的解决方案，毕竟功耗不是你想改，就能马上改。

###  使用PM组件

* RT-Thread PM组件核心代码：rt_pm_request rt_pm_release。

* 变频的、pm_device notify的，可以忽略。

* 有了这两个接口，加上 pm_drv.c 电源模式的适配，在把自己积累的gpio 处理的引脚，放在deepsleep模式前后， PM就可以正常工作起来了。

### 模式切换环境

* PM 组件，模式切换在idle线程执行。

* 部分刚接触PM组件的同学，可能发现这样不够主动。

* 万一其他业务一直工作，不能睡眠咋办？ 为何不能另起线程，直接关闭？

* 另起线程，直接关闭，说明，你能控制所有的业务或外设，如果你控制了所有的业务与外设，业务与外设就不会一直执行，模式在哪切换就没有区别！！

* 这里的最大疑点就是线程设计有问题，无法退出，无法进入睡眠！！如果关闭了其他的业务与外设，进入idle只是几个tick的时间。

* 有了msh与pm接口，基本上，可以完成功耗管理了？我想，后面工作才是主线，这只是个愉快的开端。

###  功耗LOG日志

* 日志打印本身也占用大量的功耗，其他业务也会打印周期性很多的LOG，如滑下TP，发现一堆调试LOG打印，GUI切换页面，也会有一堆的LOG，异步的LOG虽然不会严重影响业务操作流畅度，但干活了，总是会耗电的。

* 产品发布前，LOG的分级、无关LOG的屏蔽，需要考虑。

* 电池相关的功耗日志的分析，不分析日志，怎么知道半天下来、一天下来，功耗的变化情况。

* 直流电源再精确，数据都是实时的，如果配合周期性的日志，我想，很快就定位到问题的所在。

* PM 功耗日志处理完的样子

```
【软件版本】:None
【起始时间】:07-02 19:55:30.624
【结束时间】:07-02 20:45:51.479
【测试时长】:60分钟/1小时
【亮屏时长】:0分钟/0小时
【睡眠时长】:40.25分钟/0.67小时
【BT  时长】:0.0分钟/0.0小时
【BLE 时长】:50.35分钟/0.84小时
【GPS 时长】:0.0分钟/0.0小时
【运动时长】:0.0分钟/0.0小时
【唤醒次数】:0
【电量消耗】:3mAh
【平均功耗】:3.571mAh
【预估续航】:5.03天
```
有助于进一步补充、分析、优化。

### 请求释放流程

* rt_pm_request，作用，请求不睡眠。

* 业务或线程的操作。

* 操作完成

* rt_pm_release,作用，允许睡眠。

* 因为电源模式在idle执行，所有不用担心业务因为睡眠被打断。

###  Tickless 是啥？

* 可以这样认为，系统工作在轻睡眠模式，随时都可以被唤醒干活，干完活就马上睡下去。

* 如果一分钟睡眠唤醒切换1000次！！！这样能睡眠吗？对功耗有益处吗？
    
* 如果睡眠前与唤醒后，做大量的处理，肯定切换时间很长。这样益处很小。

* 时间细分，如1ms,如果工作100us，睡眠900us，那么tickless下只有1/10 MCU正常的功耗， 收益较大。

* 运行，睡眠，类似于间歇性，PWM（脉宽调制，睡眠占空比大，越有收益！）控制。切换频繁，你也可以认为就是Tickless模式。

###  额外知识点：