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STM32F4 PM组件 StandBy 模式的使用

发布于 2022-06-10 17:17:55 浏览：1198 订阅该版

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相关文章
1  [RT-Thread 电源管理组件官方文档](https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/pm/pm)
2  [RT-Thread 进阶之低功耗 PM 组件应用笔记](https://blog.csdn.net/sinat_31039061/article/details/106356068)
3  [PM 组件适配 STM32F0/F1/F2/F3/F4/F7/G0/G4/L0/L1/L4/H7](https://club.rt-thread.org/ask/question/ceccda97ff72daa3.html)
4  [RT-Thread PM 组件 TICKLESS 原理分析](https://club.rt-thread.org/ask/article/a93494016df18951.html)
5  [RT-Thread 精通 PM 功耗调优 - Tickless篇](https://club.rt-thread.org/ask/article/1b39bec9d1fd3818.html)
6  [STM32F4 RTC-Alarm 的使用](https://club.rt-thread.org/ask/article/79d84bfce8d71c4b.html "STM32F4 RTC-Alarm 的使用")
7  [STM32F4 PM 组件 DeepSleep 模式的使用](https://club.rt-thread.org/ask/article/c79667d4d1dd0310.html)
8  [STM32F4 PM 组件 StandBy 模式的使用](https://club.rt-thread.org/ask/article/bae6eba8c15a2376.html "STM32F4 PM组件 StandBy 模式的使用")
9  [STM32 PM组件适配源码 gitee-sunwancn](https://gitee.com/sunwancn/rt-thread/tree/pm-ports-stm32-new)

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本次测试使用的开发板为正点原子的 STM32F429IGT6 阿波罗开发板，该款芯片支持睡眠、停止和待机三种低功耗模式。本文以 StandBy 模式也就是待机模式为例进行组件的使用分析，唤醒方式采用 RTC WakeUP 的方式进行唤醒。

# 1 STM32F4xx 待机模式介绍

STM32F4xx 待机模式的各种特性如下所示。在待机模式下除了关闭所有的时钟，还把 1.2V 区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测 boot 条件，从头开始执行程序。

| 特性     | 说明                                                         |
| -------- | ------------------------------------------------------------ |
| 进入方式 | 内核寄存器的 SLEEPDEEP =1，PWR_CR 寄存器中的 PDDS=1，PWR_CR 寄存器中的唤醒状态位 WUF=0，然后 调用 WFI或 WFE 指令即可进入待机模式 ； |
| 唤醒方式 | WKUP 引脚上升沿、RTC 闹钟（闹钟 A 和闹钟 B）、RTC 唤醒事件、RTC入侵事件、RTC 时间戳事件、NRST 引脚外部复位 和 IWDG 复位 |
| 待机时 | 内核停止，片上外设也停止；内核寄存器、内存的数据会丢失；除复位引脚、RTC_AF1 引脚及 WKUP 引脚，其它 I/O 口均工作在高阻态。 |
| 唤醒延迟 | 芯片复位的时间 |
| 唤醒后 | 相当于芯片复位，从头开始执行代码。 |

# 2 PM 组件的移植

PM组件的移植主要参考了官方文档 [电源管理组件](https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/pm/pm) 和文章 [RT-Thread进阶之低功耗PM组件应用笔记](https://blog.csdn.net/sinat_31039061/article/details/106356068)  及 [STM32 PM组件 DeepSleep 模式的使用](https://blog.csdn.net/qq_36310253/article/details/125221801?spm=1001.2014.3001.5501)，在移植时主要是在 RT-Thread Settings 里面的设备驱动程序中使能 PM（电源管理）设备驱动程序，并设置空闲任务线程的堆栈空间不小于 1024Bytes，移植步骤在此不再叙述。
![111.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220610/17f1e4a7b528ad68388b4c54f578ce54.png.webp "111.png")

# 3 源码的修改

为了测试方便将 RTC 的唤醒时钟选择配置为 1Hz，修改方式如下

```c
// drv_pmtim.c 函数 stm32_pmtim_start()

HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&RtcHandle, reload, RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV16);    // 修改前
HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&RtcHandle, reload, RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS);  // 修改后
```

# 4 测试用例

依照上文中参考文档对 PM 组件移植后，参考官方文档 [电源管理组件](https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/pm/pm) 进行测试用例的编写，本次主要测试待机模式，因为待机模式唤醒之后相当于程序复位，所以测试起来比较简单，编写的测试用例如下。

## 4.1 main.c

main.c 的代码 如下，首先打印一下系统时钟信息，看一下和 CubeMX 配置的 180MHz 是否一致，以判断 PM 组件是否工作在 Normal 模式，然后初始化 LED 和 按键中断，设置 PM 组件的回调函数。

```c
// main.c

#include <rtthread.h>

#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

#include "led.h"
#include <time.h>

int main(void)
{
    time_t now;

now = time(RT_NULL);    // 获取当前的系统时间
    rt_kprintf("now time: %.*s", 25, ctime(&now));    // 打印系统时间

led_init();

while(1)
    {
        rt_thread_mdelay(1000);
    }

return RT_EOK;
}
```

## 4.2 led.c

该文件初始化了两个 LED，其中一个作为心跳灯，在正常工作模式下心跳灯闪烁，在待机模式下心跳灯不会闪烁。

```c
// led.c

#include <rtthread.h>
#include "rtdevice.h"
#include "board.h"

#define DBG_TAG "led.c"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

// LED 引脚定义
#define LED0_RTT_PIN    (GET_PIN(B, 1))
#define LED1_RTT_PIN    (GET_PIN(B, 0))
#define LED_ON          (0)     // 低电平亮
#define LED_OFF         (1)     // 高电平熄灭

void led0_on(void)
{
    rt_pin_write(LED0_RTT_PIN, LED_ON);
}

void led0_off(void)
{
    rt_pin_write(LED0_RTT_PIN, LED_OFF);
}

void led1_on(void)
{
    rt_pin_write(LED1_RTT_PIN, LED_ON);
}

void led1_off(void)
{
    rt_pin_write(LED1_RTT_PIN, LED_OFF);
}

void led_thread_entry(void *parameter)
{
    while(1)
    {
        led0_on();
        rt_thread_mdelay(500);
        led0_off();
        rt_thread_mdelay(500);
    }
}

void start_led_thread(void)
{
    rt_thread_t tid;

tid = rt_thread_create("led_thread", led_thread_entry, RT_NULL, 1024, 10, 20);
    rt_thread_startup(tid);
}

/* 初始化 LED */
void led_init(void)
{
    rt_pin_mode(LED0_RTT_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);  // 配置为输出模式
    rt_pin_mode(LED1_RTT_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);  // 配置为输出模式

led0_off();
    led1_off();

start_led_thread();
}
```

## 4.4 wakeup_test.c

该文件写了进入 standby 模式的测试代码，并打印进入前后的 PM 组件的状态。

```c
// wakeup_test.c

#include <board.h>
#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <time.h>

int rtc_wakeup_test(void)
{
    time_t now;

stm32_pmtim_start(5);   // 5秒后唤醒

now = time(RT_NULL);    // 获取当前的系统时间
    rt_kprintf("%.*s", 25, ctime(&now));    // 打印系统时间
    
    return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(rtc_wakeup_test, rtc_wakeup_test);

int standby_mode_test(void)
{
    rtc_wakeup_test();  // 设置 RTC wakeup 时间

rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_STANDBY);
    rt_pm_dump_status();

rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);
    rt_pm_dump_status();

return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(standby_mode_test, standby_mode_test);

```

# 5 测试结果

测试结果的日志如下所示，对于运行结果的解释在结果中以注释的方式呈现。从结果中可以看到成功完成了 standby 模式的进入和 RTC wakeup 唤醒的过程。可以看到进入 standby 模式的系统时间 和 唤醒后打印的系统时间之间相差了 6 秒，考虑到必须等到空闲线程才能真正进入到 standby 模式，加上系统初始化耗费的时间，相差 6 秒表明测试结果和预期吻合。

```c
  \ | /
- RT -     Thread Operating System
 / | \     4.0.4 build Jun 10 2022 16:37:41
 2006 - 2021 Copyright by rt-thread team
[I/drv.rtc] RTC hasn't been configured, please use <date> command to config.
now time: Sat Jan  1 06:50:44 2000             // 打印进入 standby 模式时的系统时间
msh >
msh >standby_mode_test                         // standby 模式测试
Sat Jan  1 06:50:48 2000
| Power Management Mode | Counter | Timer |
+-----------------------+---------+-------+
|             None Mode |       1 |     0 |
|             Idle Mode |       0 |     0 |
|       LightSleep Mode |       0 |     0 |
|        DeepSleep Mode |       0 |     0 |
|          Standby Mode |       1 |     0 |    // 请求 standby 模式成功
|         Shutdown Mode |       0 |     0 |
+-----------------------+---------+-------+
pm current sleep mode: None Mode               // 当前处于 None 模式
pm current run mode:   Normal Speed            // 当前运行在 Normal Speed

| module | busy | start time |  timeout  |
+--------+------+------------+-----------+
|  0001  |  0   | 0x00000000 | 0x00000000 |
+--------+------+------------+-----------+
| Power Management Mode | Counter | Timer |
+-----------------------+---------+-------+
|             None Mode |       0 |     0 |    // 释放 None 模式成功
|             Idle Mode |       0 |     0 |
|       LightSleep Mode |       0 |     0 |
|        DeepSleep Mode |       0 |     0 |
|          Standby Mode |       1 |     0 |
|         Shutdown Mode |       0 |     0 |
+-----------------------+---------+-------+
pm current sleep mode: Standby Mode            // 当前处于 standby 模式，待运行到 IDLE 线程后，系统正式进入 standby 模式    
pm current run mode:   Normal Speed            // 当前处运行在 Normal Speed

| module | busy | start time |  timeout  |
+--------+------+------------+-----------+
|  0001  |  0   | 0x00000000 | 0x00000000 |
+--------+------+------------+-----------+
msh >
 \ | /
- RT -     Thread Operating System
 / | \     4.0.4 build Jun 10 2022 16:37:41    
 2006 - 2021 Copyright by rt-thread team
[I/drv.rtc] RTC hasn't been configured, please use <date> command to config.
now time: Sat Jan  1 06:50:54 2000             // 唤醒后打印当前的系统时间
msh >
```

# 6 其他

# 6.1 RTC Alarm 唤醒

RTC Alarm 唤醒待机模式，可以参考文章 [STM32F4 RTC-Alarm 的使用](https://club.rt-thread.org/ask/article/79d84bfce8d71c4b.html)，使用时在 CubeMX 开启 RTC 和 Alarm 及其中断的功能即可，测试用例如下，使用时先开启 RTC Alarm 的功能， 然后再进入 standby 模式便可进行测试，即在控制台分别依次输入命令 `alarm_sample` 和 `standby_mode_test` 。

```c
// wakeup_tese.c

#include <board.h>
#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>

#define DBG_TAG "wakeup_test.c"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

static rt_alarm_t alarm = RT_NULL;

/* 闹钟的用户回调函数 */
void user_alarm_callback(rt_alarm_t alarm, time_t timestamp)
{
    struct tm p_tm;
    localtime_r(timestamp, &p_tm); // 时间戳转换
    LOG_D("user alarm callback function.");
    LOG_D("curr time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", p_tm.tm_year + 1900, p_tm.tm_mon + 1, p_tm.tm_mday, p_tm.tm_hour,
            p_tm.tm_min, p_tm.tm_sec);  // 打印闹钟中断产生时的时间，和设定的闹钟时间比对，以确定得到的是否是想要的结果
}
/* 闹钟示例 */
void alarm_sample(void)
{
    time_t curr_time;
    struct tm p_tm;
    struct rt_alarm_setup setup;
    curr_time = time(NULL) + 5;     // 将闹钟的时间设置为当前时间的往后的 5 秒
    localtime_r(&curr_time, &p_tm); // 将时间戳转换为本地时间，localtime_r 是线程安全的
    LOG_D("now time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", p_tm.tm_year + 1900, p_tm.tm_mon + 1, p_tm.tm_mday, p_tm.tm_hour,
            p_tm.tm_min, p_tm.tm_sec - 5);  // 打印当前时间，其中秒应该减去 5,因为前面加了 5
    setup.flag = RT_ALARM_ONESHOT;  // 单次闹钟
    setup.wktime.tm_year = p_tm.tm_year;
    setup.wktime.tm_mon = p_tm.tm_mon;
    setup.wktime.tm_mday = p_tm.tm_mday;
    setup.wktime.tm_wday = p_tm.tm_wday;
    setup.wktime.tm_hour = p_tm.tm_hour;
    setup.wktime.tm_min = p_tm.tm_min;
    setup.wktime.tm_sec = p_tm.tm_sec;
    alarm = rt_alarm_create(user_alarm_callback, &setup);   // 创建一个闹钟并设置回调函数
    if (RT_NULL != alarm)
    {
        rt_alarm_start(alarm);  // 启动闹钟
    }
    else
    {
        LOG_E("rtc alarm create failed");
    }
    rt_alarm_dump();    // 打印闹钟的信息
}
MSH_CMD_EXPORT(alarm_sample, alarm sample);

int rtc_wakeup_test(void)
{
    time_t now;

stm32_pmtim_start(5);   // 5秒后唤醒

now = time(RT_NULL);    // 获取当前的系统时间
    rt_kprintf("%.*s", 25, ctime(&now));    // 打印系统时间
    
    return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(rtc_wakeup_test, rtc_wakeup_test);
```

## 6.2 wakeup 引脚唤醒（PA0）
  StandBy 模式还可以由 WAKEUP(PA0) 引脚唤醒，本小节讲述当使用 WAKEUP(PA0) 引脚做唤醒源时的使用方法。

![111.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220613/9302dc2814a2d4fa6e450550d0a14371.png.webp "111.png")

根据 STM32F4xx 的芯片手册（如上图所示），当开启了 RTC 相关中断后，必须先关闭 RTC 中断，再清中断标志位，然后重新设置 RTC 中断，再进入待机模式才可以正常唤醒，否则会有问题。所以需要添加对 RTC 中断的处理，本次将相关代码添加在文件 drv_pmtim.c 中，代码如下：

```c
void clear_rtc_irq(void)
{
    __HAL_RCC_AHB1_FORCE_RESET();         // 复位所有IO口
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();           // 使能PWR时钟
    
    //__HAL_RCC_BACKUPRESET_FORCE();      // 复位备份区域
    //HAL_PWR_EnableBkUpAccess();         // 后备区域访问使能  
	
	// STM32F4，当开启了RTC相关中断后，必须先关闭RTC中断，再清中断标志位，然后重新设置RTC中断，
	// 再进入待机模式才可以正常唤醒，否则会有问题.	
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&hrtc); // 关闭RTC写保护
    
    // 关闭RTC相关中断，可能在RTC实验打开了
    __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_WUT);
    __HAL_RTC_TIMESTAMP_DISABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_TS);
    __HAL_RTC_ALARM_DISABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_ALRA | RTC_IT_ALRB);
    
    // 清除RTC相关中断标志位
    __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_ALRAF | RTC_FLAG_ALRBF);
    __HAL_RTC_TIMESTAMP_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_TSF); 
    __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF);
    
    __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_ENABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_WUT);
    __HAL_RTC_TIMESTAMP_ENABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_TS);
    __HAL_RTC_ALARM_ENABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_ALRA | RTC_IT_ALRB);
    
    //__HAL_RCC_BACKUPRESET_RELEASE();          // 备份区域复位结束
    __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&hrtc);    // 使能RTC写保护
}
```

在文件 drv_pmhw_f4.c 中对进入待机模式的代码进行修改，修改后的代码如下：

```c
    case PM_SLEEP_MODE_STANDBY:
    case PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN:
        clear_rtc_irq();                            // 清除 RTC 中断
        __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);          // 清除 Wake_UP 标志
        HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);   // 设置 WKUP 引脚用于唤醒 (PA0)
        HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();                 // 进入待机模式
        break;
```

待机模式的测试代码如下，测试时在命令行输入 `standby_mode_test`使开发板处于待机模式，然后按下 WAKEUP(PA0) 按键，唤醒开发板。

```c
int standby_mode_test(void)
{
    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_STANDBY);
    rt_pm_dump_status();

rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);
    rt_pm_dump_status();

return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(standby_mode_test, standby_mode_test);
```