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基于RT-Thread功耗调优与PM管理实战经验分享-实战篇

发布于 2020-10-18 13:56:42 浏览：1846 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)

本篇为实战篇。 实践是检验真理的唯一标准。

## 背景

* 功耗调优涉及到多个方面的知识与经验。

* 消费类电子，如穿戴设备手表、手环、PDA等，为了迎合大众需要，会有各种需求，健康运动、GPS定位、时间、体积小巧等。这些电子设备，大部分都使用锂电池供电。

* 如果电池一直供电，电量很快就会耗光，室外运动等一般需要有几天甚至更长久的工作与待机时间要求，待机并非关机，而是周期性或根据突发事件，立即唤醒并执行某些操作，唤醒后根据需要再次睡眠。

* 其他产品，如电视机等，在使用时会手动打开，不使用时耗电部分关闭等，待机期间除了唤醒开机，不再处理其他事情，PM电源管理作用就不明显。 还有其他电子产品，如交通信号机，7*24小时 市电供应，不需要考虑待机、低功耗，对PM 要求更低。

* 并不是所有设备都需要PM电源管理，只有那些使用电池供电、对功耗要求严格的电子产品，才会引入PM（电源管理）模块。

## PM管理什么？

（1）保证正常模式下，各个模块性能最佳

（2）保证低功耗模式下，根据场景，让功耗降至最低。

（3）保证睡眠模式下，可以唤醒，保持最低功耗。

（4）保证各个模式切换可靠。

（5）保证平均电流（电池供电电压一般不会变化剧烈）最低。

（6）软关机模式下功耗最低。

## 评价标准：

（1）系统待机功耗最低，功耗的关键字：【电流】

（2）系统性能满足需求情况下功耗最低，重点：【满足性能】

（3）整机功耗满足指标。重点：是【整机功耗】

## 管理内容：

（1）线程的管理，睡眠模式与正常模式切换。大家都在工作，凭什么直接停止与睡眠？

（2）模块功能的开关逻辑，保证多次开、多次关，驱动正常，功耗正常。有些驱动，开关几次，出问题了？

（3）MCU睡眠前，保证外设全部可靠关闭。外设关了一部分，睡眠？功耗很高！

（4）MCU唤醒后，保证外设，时钟等，快速恢复成睡眠前状态。不能唤醒的睡眠，是死机！

（5）多次的睡眠、唤醒，压力测试正常。必须的。

（6）管理唤醒源，处理完事情后的处理。多个唤醒源，多个唤醒模式的处理。

（7）协调线程直接操作外设或底层驱动。关闭一些需要时间的外设，需要线程环境。

（8）管理与模块不直接相关GPIO PINS，蚊子腿也是肉！！

（9）保证某些按需打开关闭模块或业务的正常执行。有些外设不常开，但开了，做完事情，注意及时关闭。

## 管理难点：

（1）底层驱动可靠性，如某些模块，不能快速的进行开关。

（2）模块开关，分为逻辑部分、电源部分，保证关闭后，唤醒能快速恢复。

（3）线程由于业务或关闭异常，不能立即挂起，或不能进入挂起，系统不能睡眠

（4）系统睡眠（MCU 停止前），其他外设因为开关异常，导致部分GPIO PINS 未正常关闭产生漏电。

（5）唤醒到恢复，时间过长，睡眠与唤醒，切换开销较大。

## 开始PM管理的实战！

* PM管理的重点，是管理功耗，调低功耗，运行功耗、待机功耗、整机功耗，调至最低，还要保证业务正常。

* 调功耗是一段较慢长、枯燥，不断踩坑、不断挖坑、不断填坑的过程。

* 至于说前期大家都不重视，你进入项目时，对整个项目不太熟悉，这种现象，太正常了。

* 哪家公司，研发产品，那么的成熟？研发一直是个多人协作的工作。

## 问题讲解

（1）引脚中断配置错误，引起的问题分析

【问题描述】：使用TP（触摸屏）时，TP有个gpio中断，当你滑动触摸屏时，会产生中断。这个中断，一般会配置为上升沿或是下降沿触发。这个中断，开机时，已经初始化正常了。GUI界面滑动的流畅性，本来就不太好。一天，我想优化功耗，加入了睡眠模式。 睡眠前，我把TP的所有引脚，用的HAL库，改为了analog（模拟态），功耗降的很满意，唤醒后，我又恢复了TP的所有引脚，但并没有跟之前配置一一做对比。改完，发现TP能用。还有其他的代码，一起上了库。

过几天，同事反映，TP卡顿，最后，把我的睡眠函数注释掉就不卡了。原来，我把TP中断触发的边沿搞配反了。

【问题解决】：修复配错的TP中断。

【问题总结】：有些粗心，是可以避免的，有些错误，极难的定位。因此，搞功耗，会与驱动、业务息息相关。不能大意，每个引脚，都要认真的校对。

（2）STOP2睡眠，时钟切换问题

【问题描述】：STM32L4是有STOP2模式的，超低功耗，就靠它，进入这个模式，MCU功耗达到1uA左右。STOP1是100uA左右，所以，要用STOP2。但STOP2是把大部分的时钟给关了的。造成唤醒后，系统只用MSI（内部4Mhz）跑。所以要做恢复时钟的动作。

我仔细看了参考手册，认为，唤醒时，配置只要跟开机时的时钟配置一致，就可以了吧。我试了下，确实可以。后来，出现了重启问题（看门狗重启）。

这个问题最终发现：是唤醒后的时钟配置问题。

【问题解释】：进入STOP2时，如果没有其他的中断或中断pending，可以正常进入STOP2，并且唤醒后，重新配置时钟，没有任何的问题。

问题出在，systick 1ms一次的中断，偶尔会打断stop2，也就是进入stop2后，没有(hold）保持住，立即退出。这时，系统时钟还是开着PLL的，再次配置PLL，STM32 HAL库直接while(1)出错。

但睡眠过程是关全局中断响应的，所以，最终导致看门狗不能喂狗，重启。

【问题解决】唤醒时，反初始化DeInit所有时钟，在重新配置时钟，虽然时间长了点，但靠谱。

（3）STM32L4 看门狗，开了关不了？

【问题分析】看门狗，本来是程序死机后，就可以重启系统的，可是，进入STOP2、StandBy模式，如果不能及时喂狗，重启怎么办？

原来，STM32 参考手册里，可以在sleep时冻结看门狗。

【解决方法】配置看门狗，修改STM32 的选项字节，在STOP2 Standby模式下，冻结freeze 看门狗。

（4）MCO配置错误，造成异常

STM32L4 有个引脚，可以配置成MCO（时钟输出），比如，有另一个芯片，需要时钟源，32KHz，这时，不用晶振，可以把STM32L4 的MCO引脚接过去，配置MCO。

【问题描述】因为睡眠，我把MCO关了！！唤醒后，我把MCO打开了，但我又把MCO引脚配置为普通GPIO，并配置初始低电平。这时，等于STM32L4 内部的一路时钟，被拉到GND了。

【问题解决】配置好MCO引脚，

```
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;

GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF0_MCO;  要改为【复用】功能
```

（5）USB接口耗电问题：

【问题分析】一直觉得整机功耗偏高，因为其他的外设，也不好判断是否都完全关闭，所以，一直忽略这个问题，USB作为U盘功能，挺有用的。后来，发现，关闭USB控制器后，电流降低了200uA左右。

【问题解决】USB功能，产品后，就不会再用，所以，增加关闭的接口。睡眠时，关闭。

（6）loadswitch引起的漏电问题

【问题描述】loadswitch一般作为小电流的开关，类似于MOS管，dcdc过来的电压，基本稳定了，这时，加个loadswitch，可以实现多路电源的开关。但loadswitch有个特点，为了达到快速开关（极速us级）的目的，在关闭后，输出端开启了【放电回路】。 关闭后，输出立即降低。  此时，有一路I2C，默认配置了内部上拉电阻，并且也有外部上拉电阻。造成了放电回路！！！

电流从STM32L4【内部上拉电阻触发 50K左右】->【外部上拉电阻 4K左右】->【关闭的loadswitch 放电回路】->GND。

造成了30uA左右的漏电。

【问题解决】移除I2C总线内部配置的多余的上拉电阻。

（7）Standby 模式下：也可以配置内部上下拉电阻的问题

【问题描述】有一些loadswitch电源开关，如库仑计供电，想在假关机情况下Standby模式，保持供电，但是，Standby模式，配置失效，所有的引脚，全为analog模拟态了。还好，standby模式下，有专用的上下拉。

【原因】函数用错！

```
HAL_PWREx_EnableGPIOPullUp(PWR_GPIO_A, PWR_GPIO_BIT_0); （正确）

HAL_PWREx_EnableGPIOPullUp(PWR_GPIO_A, 0);（错误）
```

【问题解决】使用正确的配置。但这样不生效，还要加上一句：

```
HAL_PWREx_EnablePullUpPullDownConfig();（Standby模式下：生效）
```

【新问题】这个上Standby模式配置的上下拉，唤醒后，软件重启，依旧有效

【新问题解决】开机后，在关闭Standby模式下的内部上下拉，因为只有关机时，才需要

```
HAL_PWREx_DisablePullUpPullDownConfig();  （关闭Standby模式下的上下拉）
```

（8）第一次开机，发现睡眠stop2模式功耗异常，断一次电，重新上电，就正常了

这个问题，困扰了我一段时间，总觉得哪里不对劲，但是，STOP2或是Standby模式，调试又不太好使，还担心j-link引起的漏电。

【问题解决】原来stm32 有个调试寄存器，DBG。这个在第一次烧写代码后，有效，目的是在睡眠时，也可以调试板子，怪不得我debug时，程序还有时能跑。一量stm32内核电压，依旧还在。

所以，在开机后（代码已经烧写完），处理DBG寄存器即可。

```
void rt_pm_disable_dbgmcu(void)
{
	HAL_DBGMCU_DisableDBGStopMode();
	HAL_DBGMCU_DisableDBGSleepMode();
	HAL_DBGMCU_DisableDBGStandbyMode();
}
```

（9）线程执行环境问题：msh运行，不总是完美

【问题描述】有时，为了验证睡眠，总是想主动的切换，这时，写个MSH 命令，是简单的很，但是，一旦进入睡眠，唤醒后，总会出各种问题，功耗也不太正常。反复的查看测试程序，没找到什么原因。

【问题解决】后来，我通过消息机制，把睡眠的（包括唤醒）测试代码，放在一个其他线程里，如自己建的PMS线程，发现一切正常。

（10）STM32 固件库（老版本）引起的中断问题

【问题描述】如果想关闭GPIO中断，调用rt-thread提供的引脚接口，会发现，关闭中断时，会反初始化这个引脚。

STM32 gpio中断都是分组的， EXIT 0 , 1, 2, 3, 4，中断线PA0~PG0都可以触发（只能陪置一个生效）。

之前的固件库，先把引脚配置改了，再关中断线，造成引脚切到默认的GPIOA上，如果GPIOA的引脚，正好是一个浮动的电平，切此时中断线未关闭瞬间，会产生中断误触发。

【解决方法】ST已经更新了固件库，解决了次问题。

好吧，问题还很多，其他的问题，暂不深究，只是提一下，有时间补充。

（11）STM32 外接PSRAM，睡眠时，PSRAM不关电，FSMC总线漏电问题。

（12）WFI下，想节省功耗（此时时钟全开），关闭部分时钟的问题，优化运行功耗。

（13）外设多次关闭，偶尔发生失败，造成睡眠时的漏电问题（可以判断关闭返回值，关闭多次）。

（14）多机通信，关机时，通知其他模块关机（没成功，其他模块关机失败怎么办？）

（15）内核供电，1.8V 通过LDO的方式，转为1.2V，是否可以外接1.2V（DCDC效率高）

（16）TP、NFC固件功耗高的问题（找厂家，要超低功耗的固件）。

（17）一些大电流的模块，如蓝牙，连接时不断开，会一直耗电问题，超时关闭问题，关闭策略问题。

等等。。

功耗问题，伴随着项目的结束。

【待续、待补充】

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