• STM32实战总结：HAL之低功耗

    低功耗的含义不必过多解释，一听就能懂。

    低功耗对电池供电产品尤其重要。

    STM32的有三种低功耗模式，即睡眠模式、停止模式和待机模式。

    在我的印象中，停止不就是关机吗？但并不是。

    在系统或电源复位以后，微控制器处于运行状态。当CPU不需继续运行时，可以利用多种低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。

    ● 睡眠模式

    仅Cortex™-M3内核停止，其他所有外设包括Cortex-M3核心的外设，如NVIC、系统时

    钟(SysTick)等仍在运行。

    ● 停止模式

    所有的时钟都已停止。

    ● 待机模式

    1.8V电源关闭。

    WFI:Wait For Interrupt，WFE:Wait For Event

    WFI(Wait for interrupt)和WFE(Wait for event)是两个让ARM核进入low-power模式的指令，由ARM architecture定义，由ARM core实现。

    WFI = wait for interrupt 等待中断，即下一次中断发生前都在此hold住不干活。

    WFE = wait for event 等待事件，即下一次事件发生前都在此hold住不干活。

    这是ARM里CMSIS内核中的指令：

    1. cmsis_arm.cc里有如下说明
    2.  
    3. /**
    4. \brief Wait For Interrupt
    5. \details Wait For Interrupt is a hint instruction that suspends execution until one of a number of events occurs.
    6. */
    7. #define __WFI __wfi
    8.  
    9. /**
    10. \brief Wait For Event
    11. \details Wait For Event is a hint instruction that permits the processor to enter
    12. a low-power state until one of a number of events occurs.
    13. */
    14. #define __WFE __wfe

    WFI 或 WFE 命令，它们实质上都是内核指令，在库文件 core_cmInstr.h 中把这些指令封装成了函数。

    对于这两个指令，我们应用时一般只需要知道，调用它们都能进入低功耗模式。__wfi及__wfe 是编译器内置的函数，函数内部使用调用了相应的汇编指令。其中 WFI指令决定了它需要用中断唤醒，而WFE 则决定了它可用事件来唤醒，关于它们更详细的区别可查阅《cortex-CM3/CM4权威指南》了解。

    注：非低功耗状态下被称为运行模式。

    run、sleep、stop、standby

    从表中可以看到，这三种低功耗模式层层递进，运行的时钟或芯片功能越来越少，因而功耗越来越低。

    此外，在运行模式下，可以通过以下方式中的一种降低功耗：

    ● 降低系统时钟

    ● 关闭APB和AHB总线上未被使用的外设时钟。

    在运行模式下，通过对预分频寄存器进行编程，可以降低任意一个系统时钟(SYSCLK、

    HCLK、PCLK1、PCLK2)的速度。进入睡眠模式前，也可以利用预分频器来降低外设的时钟。

    睡眠模式

    在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM3核心的外设全都还照常运行，在软件上表现为不再执行新的代码。

    这个状态会保留睡眠前的内核寄存器、内存的数据。

    唤醒后 ，若由中断唤醒，先进入中断，退出中断服务程序后，接着执行 WFI 指令后的程序；若由事件唤醒，直接接着执行 WFE 后的程序。

    唤醒延迟：无延迟。

    停止模式

    停止模式是在Cortex™-M3的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制，在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.8V供电区域的的所有时钟都被停止，PLL、HSI和HSE RC振荡器的功能被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来。

    在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

    在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其 1.8V 区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息，所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。

    唤醒后，若由中断唤醒，先进入中断，退出中断服务程序后，接着执行 WFI 指令后的程序；若由事件唤醒，直接接着执行 WFE 后的程序。停止模式唤醒后，STM32 会使用 HSI（f1 的 HSI 为 8M，f4 为 12M）作为系统时钟。所以，有必要在唤醒以后，在程序上重新配置系统时钟，将时钟切换回 HSE。

    唤醒延迟 ：基础延迟为 HSI 振荡器的启动时间，若调压器工作在低功耗模式，还需要加上调压器从低功耗切换至正常模式下的时间，若 FLASH 工作在掉电模式，还需要加上 FLASH 从掉电模式唤醒的时间。

    待机模式

    待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在Cortex-M3深睡眠模式时关闭电压调节器。整个1.8V供电区域被断电。PLL、HSI和HSE振荡器也被断电。SRAM和寄存器内容丢失。只有备份的寄存器和待机电路维持供电。

    它除了关闭所有的时钟，还把 1.8V 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。

    在待机模式下，所有的I/O引脚处于高阻态，除了以下的引脚：

    ● 复位引脚(始终有效)

    ● 当被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚

    ● 被使能的唤醒引脚

    不同模式下唤醒方式对比

    功耗越低的低功耗，其唤醒条件越严苛。

    - 睡眠模式下，任一一个中断都是可以唤醒的（针对调用 WFI 命令进入的睡眠）；


    - 停止模式下，是任一一个外部中断才能唤醒，注意是任一外部中断，不是任一中断；


    - 待机模式又有所不同，外部中断并不能唤醒待机模式，比较常见的唤醒有：

    1.WKUP 引脚上升沿（按下 PA0，使之出现上升沿，只要 PA0 出现一个上升沿即可唤醒单片机，而不管这个上升沿持续多长时间，软件上只需要在进入待机模式之前，将 PA0 配置为唤醒功能即可）；

    2.NRST 引脚复位（即按下复位按键），这种方式是让单片机重新复位了，这是硬件上的唤醒；

    3. 单片机系统重新上电，这跟第 2 点是一样的，都是硬件复位。

    低功耗模式下的自动唤醒

    低功耗模式下的自动唤醒(AWU)

    RTC可以在不需要依赖外部中断的情况下唤醒低功耗模式下的微控制器(自动唤醒模式)。RTC提供一个可编程的时间基数，用于周期性从停止或待机模式下唤醒。通过对备份区域控制寄存器(RCC_BDCR)的RTCSEL[1:0]位的编程，三个RTC时钟源中的二个时钟源可以选作实现此功能。

    ● 低功耗32.768kHz外部晶振(LSE)

    该时钟源提供了一个低功耗且精确的时间基准。(在典型情形下消耗小于1µA)

    ● 低功耗内部RC振荡器(LSI RC)

    使用该时钟源，节省了一个32.768kHz晶振的成本。但是RC振荡器将少许增加电源消耗。

    为了用RTC闹钟事件将系统从停止模式下唤醒，必须进行如下操作：

    ● 配置外部中断线17为上升沿触发。

    ● 配置RTC使其可产生RTC闹钟事件。

    如果要从待机模式中唤醒，不必配置外部中断线17。

    更高端的单片机比如F4有自动唤醒，而F1没有直接的自动唤醒，但可以通过RTC的闹钟事件来实现自动唤醒。

    相关HAL函数 

     

    1. stm32f1xx_hal_pwr.h
    2.  
    3. /** @addtogroup PWR_Exported_Functions_Group1 Initialization and de-initialization functions 
    4.   * @{
    5.   */
    7. /* Initialization and de-initialization functions *******************************/
    8. void HAL_PWR_DeInit(void);
    9. void HAL_PWR_EnableBkUpAccess(void);
    10. void HAL_PWR_DisableBkUpAccess(void);
    11.  
    12. /**
    13.   * @}
    14.   */
    16. /** @addtogroup PWR_Exported_Functions_Group2 Peripheral Control functions 
    17.   * @{
    18.   */
    20. /* Peripheral Control functions  ************************************************/
    21. void HAL_PWR_ConfigPVD(PWR_PVDTypeDef *sConfigPVD);
    22. /* #define HAL_PWR_ConfigPVD 12*/
    23. void HAL_PWR_EnablePVD(void);
    24. void HAL_PWR_DisablePVD(void);
    25.  
    26. /* WakeUp pins configuration functions ****************************************/
    27. void HAL_PWR_EnableWakeUpPin(uint32_t WakeUpPinx);
    28. void HAL_PWR_DisableWakeUpPin(uint32_t WakeUpPinx);
    29.  
    30. /* Low Power modes configuration functions ************************************/
    31. void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry);
    32. void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry);
    33. void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);
    34.  
    35. void HAL_PWR_EnableSleepOnExit(void);
    36. void HAL_PWR_DisableSleepOnExit(void);
    37. void HAL_PWR_EnableSEVOnPend(void);
    38. void HAL_PWR_DisableSEVOnPend(void);
    39.  
    40.  
    41.  
    42. void HAL_PWR_PVD_IRQHandler(void);
    43. void HAL_PWR_PVDCallback(void);

    Regulator是电压调节器的选项；STOPEntry是关于用WFI还是WFE的选项。

    关键代码

    1. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
    2. #include "MyApplication.h"
    3.  
    4. /* Private define-------------------------------------------------------------*/
    5.  
    6. /* Private variables----------------------------------------------------------*/
    7.  
    8. /* Private function prototypes------------------------------------------------*/  
    9. static void Sleep_Mode(void);   //睡眠模式
    10. static void Stop_Mode(void);    //停机模式
    11. static void Standby_Mode(void); //待机模式
    12.  
    13. /* Public variables-----------------------------------------------------------*/
    14. LowPowerConsumption_t LowPowerConsumption = 
    15. {
    16. 	FALSE,
    17. 	FALSE,
    18. 	FALSE,
    19. 	
    20. 	Sleep_Mode,
    21. 	Stop_Mode,   
    22. 	Standby_Mode
    23. };
    24.  
    25. /*
    26. 	* @name   Sleep_Mode
    27. 	* @brief  睡眠模式
    28. 	* @param  None
    29. 	* @retval None      
    30. */
    31. static void Sleep_Mode(void)
    32. {
    33. 	/***Note:任意中断都可以将系统从睡眠模式中唤醒***/
    34. 	
    35. 	//关闭Systick与定时器中断，否则，进入睡眠模式后立马被唤醒
    36. 	HAL_SuspendTick();
    37. 	HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim6);
    38. 	//关闭外部中断0至2，只允许触摸按键4中断退出睡眠模式
    39. 	HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI0_IRQn);
    40. 	HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI1_IRQn);
    41. 	HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI2_IRQn);
    42. 	
    43. 	HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);
    44. 	
    45. 	//恢复中断
    46. 	HAL_ResumeTick();
    47. 	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);
    48. 	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    49. 	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);
    50. 	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
    51. }
    52.  
    53. /*
    54. 	* @name   Stop_Mode
    55. 	* @brief  停机模式
    56. 	* @param  None
    57. 	* @retval None      
    58. */
    59. static void Stop_Mode(void)
    60. {
    61. 		/***Note:外部中断可将系统从停机模式中唤醒***/
    62.  
    63. 	//关闭外部中断0至2，只允许触摸按键4中断退出停机模式
    64. 	HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI0_IRQn);
    65. 	HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI1_IRQn);
    66. 	HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI2_IRQn);
    67. 	
    68. 	HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON,PWR_STOPENTRY_WFI);
    69. 	
    70. 	//退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟
    71. 	//系统时钟需要重新初始化
    72. 	SystemClock_Config();
    73. 	//恢复中断
    74. 	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    75. 	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);
    76. 	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
    77. }
    78.  
    79. /*
    80. 	* @name   Standby_Mode
    81. 	* @brief  待机模式
    82. 	* @param  None
    83. 	* @retval None      
    84. */
    85. static void Standby_Mode(void)
    86. {
    87. 	HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    88. }
    89. /********************************************************
    90.   End Of File
    91. ********************************************************/

     

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_28576837/article/details/128091232