1 STM32低功耗管理概念及应用

1.1睡眠模式

1.2 停止模式

1.3 待机模式

2 Tickless低功耗管理

2.1 Tickless低功耗模式介绍

2.2 FreeRTOS低功耗模式配置

2.3 FreeRTOS低功耗模式应用

3 低功耗管理实际项目开发

3.1 低功耗设计必须要掌握的硬件知识

3.2 开发板电路低功耗分析

3.3 HAL库低功耗处理相关接口

4 低功耗实现原理

4.1 空闲任务详解

4.2 任务删除自身详解

4.3 Tickless业务流程

4.4 休眠处理详解

1 STM32低功耗管理概念及应用

低功耗产品案例

ADC是模拟电路，调压电路时数字电路，模数分离所以ADC是单独电路。

核心功耗在调压供电电路，关闭外设时钟即能关闭外设。

1.1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，CM4核心的外设全都还照常运行。

有两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是WFI(wait for interrupt)和WFE(wait for event，也可以由中断唤醒，但是不会去处理中断)，即由等待“中断”唤醒和由“事件”唤醒。睡眠模式的各种特性见下表

1.2 停止模式

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1.2V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。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒。在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式，可选择内部FLASH工作在正常模式或掉电模式。（唤醒后，要重新初始化外设时钟）

一般都把FLASH掉电模式和、FLASH掉电模式都设置为处于关闭状态。唤醒后会有延迟，需要产品对延迟容忍度的考虑。

1.3 待机模式

待机模式，它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。它有四种唤醒方式，分别是WKUP(PA0)引脚的上升沿，RTC闹钟事件，NRST引脚的复位和IWDG(独立看门狗)复位。

内存掉电了，程序是错乱的，所以只有上述几种复位

2 Tickless低功耗管理

2.1 Tickless低功耗模式介绍

Idle task 任务中会调用tickless，当休眠时间>10ms那么会进入低功耗模式，可选择3种休眠模式

再分析多任务调度源码的时候，有个UnblockTime，我们可以把这个值传给tickless，来计算下个任务需要调度的时间。

2.2 FreeRTOS低功耗模式配置

问：为什么要大于2个tick值？

进入休眠模式，需要进行很多判断处理一些外设等。

2.3 FreeRTOS低功耗模式应用

CubeMX

生成代码后Freertos.c中会多两个代码

#if configUSE_TICKLESS_IDLE == 1 
#define configPRE_SLEEP_PROCESSING                        PreSleepProcessing
#define configPOST_SLEEP_PROCESSING                       PostSleepProcessing
#endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE == 1 */void PreSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime);
void PostSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime);

自写休眠函数

__weak void PreSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime)
{/* place for user code */ printf("input sleep mode!\r\n,ulExpectedIdleTime = %u\r\n",*ulExpectedIdleTime);//休眠时间tick值打印HAL_SuspendTick();   //先挂起SystickHAL_PWREx_EnableFlashPowerDown();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_DISABLE();  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_DISABLE();  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_DISABLE();  __HAL_RCC_GPIOI_CLK_DISABLE();__HAL_RCC_GPIOF_CLK_DISABLE();
}__weak void PostSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime)
{/* place for user code */HAL_PWREx_DisableFlashPowerDown();printf("output sleep mode!\r\n");__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE(); //HAL_ResumeTick();   //不能再这恢复tick值，否则会不断唤醒
}

如果不挂起Systick和不注释TIM6，会不断触发中断唤醒，还需要查看每个任务中osDelay，不能设太小。

3 低功耗管理实际项目开发

不启用Tickless，烧写程序，直接接电流表测试功耗

启用后在测试电流

程序 TimerTask Tickless L去除LCD 关闭GPIO外设时钟&Flash DOWN
工作电流 441mA 395mA 193mA 192mA
休眠程序减少 46mA

3.1 低功耗设计必须要掌握的硬件知识

主要从四个方面控制功耗：

主控芯片
电源管理
外设模块
外设接口

3.2 开发板电路低功耗分析

根据原理图找芯片手册www.alldatasheet.com

电源芯片手册，静态电流5ma

3.3 HAL库低功耗处理相关接口

4 低功耗实现原理

4.1 空闲任务详解

idleTack

void vTaskStartScheduler( void )//空闲任务创建xReturn = xTaskCreate(	prvIdleTask,"IDLE", configMINIMAL_STACK_SIZE,( void * ) NULL,( tskIDLE_PRIORITY | portPRIVILEGE_BIT ),&xIdleTaskHandle ); /*全局搜索IDLE，发现portTASK_FUNCTION，再次搜索这个宏是方便用户开发，其他语言也能实        现，相当于
*/
#define portTASK_FUNCTION_PROTO( vFunction, pvParameters ) void vFunction( void *pvParameters )/*空闲任务，宏定义实际相当于void prvIdleTask( void *pvParameters );*/
static portTASK_FUNCTION( prvIdleTask, pvParameters )
{/* Stop warnings. */( void ) pvParameters;/** THIS IS THE RTOS IDLE TASK - WHICH IS CREATED AUTOMATICALLY WHEN THESCHEDULER IS STARTED. **/for( ;; ){/*检查任务删除自身处理 */prvCheckTasksWaitingTermination();/*判断调度器工作模式是否开启了优先级抢占模式*/#if ( configUSE_PREEMPTION == 0 ){ /* 1、触发了上下文切换2、让调度器判断是否有其他任务，处于了就绪态，然后进行调度*/taskYIELD();}#endif /* configUSE_PREEMPTION *///调度器使能抢占式#if ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configIDLE_SHOULD_YIELD == 1 ) ){/*列表项检查：1、和空闲任务处于同一优先级的任务，处于就绪态2、进行上下文切换3、高于空闲任务优先级的任务，有调度器进行处理*/if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ tskIDLE_PRIORITY ] ) ) > ( UBaseType_t ) 1 ){taskYIELD();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}#endif /* ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configIDLE_SHOULD_YIELD == 1 ) ) *//*钩子函数，主要让用户自己填充代码*/#if ( configUSE_IDLE_HOOK == 1 ){extern void vApplicationIdleHook( void );/* 用户自己实现，比如检测外部信息 */vApplicationIdleHook();}#endif /* configUSE_IDLE_HOOK *//* 低功耗处理功能 */#if ( configUSE_TICKLESS_IDLE != 0 ){TickType_t xExpectedIdleTime;/* 获取系统的最小时间片 */xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime();//判断是否大于休眠空闲处理的最小间隔=2tickif( xExpectedIdleTime >= configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP ){//挂起调度器vTaskSuspendAll();{/* 又一次获取获取系统的最小时间片，防止挂起调度器期间又有任务更新*/xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime();//再次判断if( xExpectedIdleTime >= configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP ){//进入了休眠处理，传入系统的最小时间片portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime );}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}//恢复调度器( void ) xTaskResumeAll();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}#endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE */}
}

低功耗处理慢点分析，先查看一下任务删除自身的源码分析。

4.2 任务删除自身详解

结合之前任务删除分析，uxDeletedTasksWaitingCleanUp 在vTaskDelete进行加1处理

/*任务删除自身*/
static void prvCheckTasksWaitingTermination( void )
{/** THIS FUNCTION IS CALLED FROM THE RTOS IDLE TASK **/#if ( INCLUDE_vTaskDelete == 1 ){BaseType_t xListIsEmpty;/* 遍历将要删除的任务uxDeletedTasksWaitingCleanUp 在vTaskDelete进行加1处理*/while( uxDeletedTasksWaitingCleanUp > ( UBaseType_t ) 0U ){//挂起了调度器vTaskSuspendAll();{//读取删除任务自身列表里任务状态是否为空xListIsEmpty = listLIST_IS_EMPTY( &xTasksWaitingTermination );}//开启调度器( void ) xTaskResumeAll();if( xListIsEmpty == pdFALSE ){//删除任务TCB_t *pxTCB;//进入临界段taskENTER_CRITICAL();{/*1、获取任务控制块2、从任务列表项移除任务3、任务总计数减一4、等待删除计数减一*/pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( ( &xTasksWaitingTermination ) );( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );--uxCurrentNumberOfTasks;--uxDeletedTasksWaitingCleanUp;}//退出临界段taskEXIT_CRITICAL();//释放了任务控制块prvDeleteTCB( pxTCB );}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}}#endif /* INCLUDE_vTaskDelete */
}

问：为什么挂起调度器？

不需要别的任务调度，以免影响读取删除任务列表状态。

4.3 Tickless业务流程

大于2个TICK才有意义去处理休眠

先跳转在4.1中低功耗处理分析代码，将要获取的空闲时间xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime()。

最后进入portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime )

4.4 休眠处理详解

计算systick装载值

Systick最大值为24bit

/*获取最小系统时间片*/static TickType_t prvGetExpectedIdleTime( void ){TickType_t xReturn;UBaseType_t uxHigherPriorityReadyTasks = pdFALSE;/* */#if( configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION == 0 ){//就绪态的任务优先级高于空闲if( uxTopReadyPriority > tskIDLE_PRIORITY ){uxHigherPriorityReadyTasks = pdTRUE;}}#else{const UBaseType_t uxLeastSignificantBit = ( UBaseType_t ) 0x01;/* 就绪态的任务优先级高于空闲 */if( uxTopReadyPriority > uxLeastSignificantBit ){uxHigherPriorityReadyTasks = pdTRUE;}}#endif//当前任务优先级高于空闲任务if( pxCurrentTCB->uxPriority > tskIDLE_PRIORITY ){xReturn = 0;}//与空闲任务优先级相同的其他任务处于就绪态else if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ tskIDLE_PRIORITY ] ) ) > 1 ){xReturn = 0;}//高优先级任务处于就绪态else if( uxHigherPriorityReadyTasks != pdFALSE ){/* There are tasks in the Ready state that have a priority above theidle priority.  This path can only be reached ifconfigUSE_PREEMPTION is 0. */xReturn = 0;}else //空闲任务优先级最高，才计算{//系统解锁时间-系统tick计数值== 就是当前系统的最小时间片xReturn = xNextTaskUnblockTime - xTickCount;}return xReturn;}

进入低功耗模式

恢复systick

portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime );
//这个函数，是需要用户自己实现，但是STM32FreeRTOS已经帮我们实现
extern void vPortSuppressTicksAndSleep( TickType_t xExpectedIdleTime );#define portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime ) vPortSuppressTicksAndSleep( xExpectedIdleTime )
#endif
/*低功耗实际处理函数1、传入系统的最小时间片*/
__weak void vPortSuppressTicksAndSleep( TickType_t xExpectedIdleTime ){uint32_t ulReloadValue, ulCompleteTickPeriods, ulCompletedSysTickDecrements, ulSysTickCTRL;TickType_t xModifiableIdleTime;/* 判断系统最小时间片是否大于systick的最大装载周期  单位都tick*/if( xExpectedIdleTime > xMaximumPossibleSuppressedTicks ){//系统最小时间片=systick最大装载周期//如果获取系统最小时间片很大，但是systick休眠周期的最大值就是最大装载值//为什么这样设计？？？？  1、systick定时器受限制（定时周期）2、保证systick精度问题xExpectedIdleTime = xMaximumPossibleSuppressedTicks;}/* 关闭systick定时器 */portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG &= ~portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;/*systick重载值= 当前的systick计数值+单次系统tick装载值*（系统最小时间片-1）*/ulReloadValue = portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG + ( ulTimerCountsForOneTick * ( xExpectedIdleTime - 1UL ) );//装载值是否大于补偿周期 之后减去补偿周期//最终计算出，systick重载值if( ulReloadValue > ulStoppedTimerCompensation ){ulReloadValue -= ulStoppedTimerCompensation;}/* 关闭中断 关闭所有中断 和 进入临界段不一样 虽然关闭了中断，但是可以唤醒CPU,不进行中断处理*/__disable_irq();__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );/* 是否有其他任务，进入了就绪态 */if( eTaskConfirmSleepModeStatus() == eAbortSleep ){//终止休眠/* 当前的systick计数值，放到systick装载寄存器中 */portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG;/* 启动systick */portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG |= portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;/* 重新赋值装载寄存器值为一个系统的tick周期. */portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulTimerCountsForOneTick - 1UL;/* 开启中断 */__enable_irq();}else{/* 装载休眠systick装载值 */portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulReloadValue;/* 清除systick当前计数值 */portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG = 0UL;/* 启动systick定时器*/portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG |= portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;/*  */xModifiableIdleTime = xExpectedIdleTime;//这个就是给我用户提供的接口，让我自己实现休眠处理，其实就是进一步降低功耗configPRE_SLEEP_PROCESSING( &xModifiableIdleTime );if( xModifiableIdleTime > 0 ){//让CPU休眠__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );__wfi();__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );}//退出处理configPOST_SLEEP_PROCESSING( &xExpectedIdleTime );/* 停止systick定时器 */ulSysTickCTRL = portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG;portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( ulSysTickCTRL & ~portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );/* 使能中断 */__enable_irq();//判断是否为systick唤醒的if( ( ulSysTickCTRL & portNVIC_SYSTICK_COUNT_FLAG_BIT ) != 0 ){uint32_t ulCalculatedLoadValue;/*systick恢复值= 单个tick周期值- （休眠装载值-当前systick计数值）*/ulCalculatedLoadValue = ( ulTimerCountsForOneTick - 1UL ) - ( ulReloadValue - portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG );/* 这是一个保护处理1、装载值很小，就赋值为1个tick周期2、装载很大，也赋值为1个tick周期*/if( ( ulCalculatedLoadValue < ulStoppedTimerCompensation ) || ( ulCalculatedLoadValue > ulTimerCountsForOneTick ) ){ulCalculatedLoadValue = ( ulTimerCountsForOneTick - 1UL );}//装载恢复systick装载值portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulCalculatedLoadValue;/* 休眠周期的补偿值，单位为tick  也就是1ms单位  */ulCompleteTickPeriods = xExpectedIdleTime - 1UL;}else{/* 休眠运行装载值= 休眠装载值-当前systick计数值）*/ulCompletedSysTickDecrements = ( xExpectedIdleTime * ulTimerCountsForOneTick ) - portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG;/* 休眠运行周期，单位为tick值 */ulCompleteTickPeriods = ulCompletedSysTickDecrements / ulTimerCountsForOneTick;//装载恢复systick装载值portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( ( ulCompleteTickPeriods + 1UL ) * ulTimerCountsForOneTick ) - ulCompletedSysTickDecrements;}/* 清除systick计数值*/portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG = 0UL;portENTER_CRITICAL();{/*1、使能了systick2、补偿系统的tick周期值，也是说，tick运行了多长时间（tick值）为什么这样做？在调度器恢复的时候，会根据tick值，进行遍历的，保证实时性3、恢复systick周期为1个tick值*/portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG |= portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;vTaskStepTick( ulCompleteTickPeriods );portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulTimerCountsForOneTick - 1UL;}portEXIT_CRITICAL();}}

这些逻辑都是在调试中发现的，主要去理解先计算Systick装载值，在进入休眠，在恢复三个不住。