RT-Thread进阶之低功耗PM组件应用笔记

发布于 2020-05-28 17:00:28 浏览：4110 订阅该版

* 本帖最后由 Aladdin-Wang 于 2020-5-28 17:03 编辑 *

**STM32L4 移植 PM****STM32L4 的低功耗模式简介：**STM32L4系列 是 ST 公司推出的一款超低功耗的 Crotex-M4 内核的 MCU，支持多个电源管理模式，其中最低功耗 Shutdown 模式下，待机电流仅 30 nA。ST 公司 把 L4系列 的电管管理分为很多种，但各个模式的并非功耗逐级递减的特点，下面是各个模式之间的状态转换图：![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528101720917.png)尽管 STM32L4系列 的低功耗模式很多，但本质上并不复杂，理解它的原理有助于我们移植驱动，同时更好的在产品中选择合适的模式。最终决定 STM32L4系列 系统功耗的主要是三个因素：稳压器（voltage regulator）、CPU 工作频率、芯片自身低功耗的处理，下面分别对三个因素进行阐述。
* 稳压器L4 使用两个嵌入式线性稳压器为所有数字电路、待机电路以及备份时钟域供电，分别是主稳压器（main regulator，下文简称 MR）和低功耗稳压器（low-power regulator，下文简称 LPR）。稳压器在复位后处于使能状态，根据应用模式，选择不同的稳压器对 Vcore 域供电。其中，MR 的输出电压可以由软件配置为不同的范围（Range 1 和 Rnage 2）。稳压器        应用场合

[table=98%]
[tr][td]稳压器[/td][td]应用场合[/td][/tr]
[tr][td]MR（Range 1）[/td][td]Vcore = 1.2V，用于运行模式、睡眠模式和停止模式0，MR 未 Vcore 域提供全功率[/td][/tr]
[tr=rgb(248, 248, 248)][td]MR（Range 2）[/td][td]Vcore = 1.0V，使用的场景同上[/td][/tr]
[tr][td]LPR[/td][td]用于低功耗运行模式、低功耗休眠模式、停止模式 1、停止模式2[/td][/tr]
[tr=rgb(248, 248, 248)][td]OFF[/td][td]Standby 和 Shutdown 模式下，MR 和 LPR 都被关闭[/td][/tr]
[/table]* CPU 工作频率通过降低 CPU 的主频达到降低功耗的目的：MR 工作在 Range 1 正常模式时，SYSCLK 最高可以工作在 80M；MR 工作在 Range 2 时，SYSCLK 最高不能超过 26 M；低功耗运行模式和低功耗休眠模式，即 Vcore 域由 LPR 供电，SYSCLK 必须小于 2M。

* 芯片本身的低功耗处理芯片本身定义了一系列的休眠模式，如 Sleeep、Stop、Standby 和 Shutdown，前面的四种模式功耗逐渐降低，实质是芯片内部通过关闭外设和时钟来实现。

**配置工程**配置 PM 组件：![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200526165436512.png)配置内核选项：使用 PM 组件需要更大的 IDLE 线程的栈，这里使用了1024 字节![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528101546886.png)在空闲线程中会调用rt_system_power_manager接口来进入低功耗模式：![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528152744667.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzMxMDM5MDYx,size_16,color_FFFFFF,t_70)/**
 * This function will enter corresponding power mode.
 */
void rt_system_power_manager(void)
{
    rt_uint8_t mode;

if (_pm_init_flag == 0)
        return;

/* CPU frequency scaling according to the runing mode settings */
    _pm_frequency_scaling(&_pm);

/* Low Power Mode Processing */
    mode = _pm_select_sleep_mode(&_pm);
    _pm_change_sleep_mode(&_pm, mode);
}
保存后，可以看到pm.c已经被添加到了工程：![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528102823275.png)然后添加PM组件的设备驱动，驱动的最新地址：[https://gitee.com/sunwancn/rt-thread/tree/pm-ports-stm32-new/](https://gitee.com/sunwancn/rt-thread/tree/pm-ports-stm32-new/)拷贝如下四个文件到工程的drivers文件夹下：![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528145755889.png)本项目选择的是使用RTC作为STOP后的时间补偿，所以需要打开rtc设备和所使用的宏：![FastAdmin](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528145927754.png)

4 个回答

Aladdin-Wang 认证专家 2020-05-28

这家伙很懒，什么也没写！

[i=s] 本帖最后由 Aladdin-Wang 于 2020-5-28 17:04 编辑 [/i]

应用示例：
此程序主要实现开机后经过10秒后进入 STOP 模式，然后每经过5秒 SLEEP 模式和 STOP 模式互相切换，如此循环往复，同时经过一个循环后，切换 MCU 的运行频率，验证运行的稳定性。并且打开了回调和中断唤醒，在进入睡眠和唤醒后会分别熄灭和点亮LED灯，在睡眠时间可以通过外部中断唤醒：

/*
* Copyright (c) 2006-2018, RT-Thread Development Team
*
* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
*
* Change Logs:
* Date           Author       Notes
* 2018-11-06     SummerGift   first version
*/

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <board.h>
#include <drivers/pm.h>
#define LOG_TAG             "PM.test"
#define LOG_LVL             LOG_LVL_DBG
#include <ulog.h>
/* defined the LED0 pin: PB13 */
#define LED0_PIN   GET_PIN(C, 6)
#define MCU_IRQ_WAKE_PIN   GET_PIN(C, 9)
static RTC_HandleTypeDef hrtc;
static RTC_TimeTypeDef curtime = {0};
static RTC_TimeTypeDef alarmtime = {0};
static RTC_AlarmTypeDef alarm = {0};
static struct rt_semaphore  wake_sem;
static rt_uint8_t sleep_mode = PM_SLEEP_MODE_DEEP; /* STOP 模式 */

static rt_uint8_t run_mode = PM_RUN_MODE_NORMAL_SPEED;

static rt_uint32_t get_interval(void);
static void get_rtc_time(RTC_TimeTypeDef *time);
static rt_uint8_t mode_loop(void);
static rt_uint8_t issleep = 0;
/* 中断回调函数 */
static void MCU_IRQ_WAKE(void *args)
{

if(issleep)
  {
       rt_kprintf("MCU_IRQ_WAKE!\n");
       rt_sem_release(&wake_sem);
       issleep = 0;
  }

}
static void pm_botify(uint8_t event, uint8_t mode, void *data)
{

if(event == RT_PM_ENTER_SLEEP && mode == PM_SLEEP_MODE_DEEP)
  {
       rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_HIGH);
       issleep = 1;
  }
   else if (event == RT_PM_EXIT_SLEEP && mode == PM_SLEEP_MODE_DEEP )
  {
       rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_LOW);
  }
}

int pm_test(void)
{
   hrtc.Instance = RTC;

rt_sem_init(&wake_sem, "wake_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
   rt_pm_notify_set(pm_botify,0);
   /* 按键0引脚为输入模式 */
   rt_pin_mode(MCU_IRQ_WAKE_PIN, PIN_MODE_INPUT_PULLDOWN);
   /* 绑定中断，上升沿模式，回调函数名为beep_on */
   rt_pin_attach_irq(MCU_IRQ_WAKE_PIN, PIN_IRQ_MODE_RISING, MCU_IRQ_WAKE, RT_NULL);
   /* 使能中断 */
   rt_pin_irq_enable(MCU_IRQ_WAKE_PIN, PIN_IRQ_ENABLE);

rt_thread_mdelay(10000);

#ifdef RT_USING_PM
   /* 申请低功耗模式 */
   rt_pm_request(sleep_mode);
#endif

get_rtc_time(&curtime);

if (sleep_mode == PM_SLEEP_MODE_STANDBY)
  {
       /* 设置休眠，闹钟 20 秒后唤醒，简化版闹钟，只支持 1分钟内有效 */
       alarmtime.Hours = curtime.Hours;
       alarmtime.Minutes = curtime.Minutes;
       alarmtime.SubSeconds = curtime.SubSeconds;
       alarmtime.Seconds = curtime.Seconds + 20;
       if (alarmtime.Seconds >= 60)
      {
           alarmtime.Seconds -= 60;
           alarmtime.Minutes ++;
           if (alarmtime.Minutes >= 60)
               alarmtime.Minutes -= 60;
      }

alarm.Alarm = RTC_ALARM_A;
       alarm.AlarmTime = alarmtime;
       alarm.AlarmTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
       alarm.AlarmTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
       alarm.AlarmMask = RTC_ALARMMASK_DATEWEEKDAY | RTC_ALARMMASK_HOURS;
       alarm.AlarmSubSecondMask = RTC_ALARMSUBSECONDMASK_NONE;
       alarm.AlarmDateWeekDaySel = RTC_ALARMDATEWEEKDAYSEL_DATE;
       alarm.AlarmDateWeekDay = 0x1;

/* 开启闹钟 */
       HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &alarm, RTC_FORMAT_BIN);
  }

while (1)
  {
       /* 开始进入低功耗模式 */
       rt_sem_take(&wake_sem, rt_tick_from_millisecond(5000));

/* 退出低功耗模式 */
       rt_kprintf("Sleep %d ms\n", get_interval());

#ifdef RT_USING_PM
       /* 申请正常模式 */
       rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_NONE);
#endif

rt_thread_mdelay(5000);

rt_kprintf("Wakeup %d ms\n", get_interval());

/* 运行模式切换 */
       rt_pm_run_enter(mode_loop());

#ifdef RT_USING_PM
       rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);
#endif
  }

return RT_EOK;
}
//MSH_CMD_EXPORT(pm_test, PM TEST);

static rt_uint32_t get_interval(void)
{
   rt_uint32_t seconds;

rt_uint32_t last_seconds = curtime.Seconds;
   rt_uint32_t last_subseconds = curtime.SubSeconds;

get_rtc_time(&curtime);

if (curtime.Seconds < last_seconds)
       seconds = 60 + curtime.Seconds - last_seconds;
   else
       seconds = curtime.Seconds - last_seconds;

return (rt_uint32_t)(seconds * 1000 + ((int32_t)last_subseconds - (int32_t)curtime.SubSeconds) * 1000 \
                        / (int32_t)(((RTC->PRER & RTC_PRER_PREDIV_S) >> RTC_PRER_PREDIV_S_Pos) + 1U));
}

static void get_rtc_time(RTC_TimeTypeDef *time)
{
   rt_uint32_t st, datetmpreg;

HAL_RTC_GetTime(&hrtc, time, RTC_FORMAT_BIN);
   datetmpreg = RTC->DR;
   if (HAL_RCC_GetPCLK1Freq() < 32000U * 7U)
  {
       st = time->SubSeconds;
       HAL_RTC_GetTime(&hrtc, time, RTC_FORMAT_BIN);
       datetmpreg = RTC->DR;

if (st != time->SubSeconds)
      {
           HAL_RTC_GetTime(&hrtc, time, RTC_FORMAT_BIN);
           datetmpreg = RTC->DR;
      }
  }
  (void)datetmpreg;
}

rt_uint8_t mode_loop(void)
{
   rt_uint8_t mode = 1;

run_mode++;
   switch (run_mode)
  {
   case 0:
   case 1:
   case 2:
   case 3:
       mode = run_mode;
       break;
   case 4:
       mode = 2;
       break;
   case 5:
       mode = 1;
       break;
   case 6:
       mode = run_mode = 0;
       break;
  }

return mode;
}

运行效果：
![](https://img-blog.csdnimg.cn/20200528155147377.png)