電源管理組件

嵌入式系統(tǒng)低功耗管理的目的在于滿足用戶對(duì)性能需求的前提下，盡可能降低系統(tǒng)能耗以延長(zhǎng)設(shè)備待機(jī)時(shí)間。高性能與有限的電池能量在嵌入式系統(tǒng)中矛盾最為突出，硬件低功耗設(shè)計(jì)與軟件低功耗管理的聯(lián)合應(yīng)用成為解決矛盾的有效手段。現(xiàn)在的各種 MCU 都或多或少的在低功耗方面提供了管理接口。比如對(duì)主控時(shí)鐘頻率的調(diào)整、工作電壓的改變、總線頻率的調(diào)整甚至關(guān)閉、外圍設(shè)備工作時(shí)鐘的關(guān)閉等。有了硬件上的支持，合理的軟件設(shè)計(jì)就成為節(jié)能的關(guān)鍵，一般可以把低功耗管理分為三個(gè)類別：

處理器電源管理主要實(shí)現(xiàn)方式：對(duì) CPU 頻率的動(dòng)態(tài)管理，以及系統(tǒng)空閑時(shí)對(duì)工作模式的調(diào)整。

設(shè)備電源管理主要實(shí)現(xiàn)方式：關(guān)閉個(gè)別閑置設(shè)備

系統(tǒng)平臺(tái)電源管理主要實(shí)現(xiàn)方式：針對(duì)特定系統(tǒng)平臺(tái)的非常見(jiàn)設(shè)備具體定制。

隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的興起，產(chǎn)品對(duì)功耗的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。作為數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點(diǎn)通常需要在電池供電時(shí)長(zhǎng)期工作，而作為聯(lián)網(wǎng)的 SOC 也需要有快速的響應(yīng)功能和較低的功耗。

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的起始階段，首先考慮是盡快完成產(chǎn)品的功能開(kāi)發(fā)。在產(chǎn)品功能逐步完善之后，就需要加入電源管理 （Power Management，以下簡(jiǎn)稱 PM） 功能。為了適應(yīng) IoT 的這種需求，RT-Thread 提供了電源管理組件。電源管理組件的理念是盡量透明，使得產(chǎn)品加入低功耗功能更加輕松。

PM 組件介紹

RT-Thread 的 PM 組件采用分層設(shè)計(jì)思想，分離架構(gòu)和芯片相關(guān)的部分，提取公共部分作為核心。在對(duì)上層提供通用的接口同時(shí)，也讓底層驅(qū)動(dòng)對(duì)組件的適配變得更加簡(jiǎn)單。

主要特點(diǎn)

RT-Thread PM 組件主要特點(diǎn)如下所示：

基于模式來(lái)管理功耗，空閑時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整工作模式，支持多個(gè)等級(jí)的休眠。

對(duì)應(yīng)用透明，組件在底層自動(dòng)完成電源管理。

支持運(yùn)行模式下動(dòng)態(tài)變頻，根據(jù)模式自動(dòng)更新設(shè)備的頻率配置，確保在不同的運(yùn)行模式都可以正常工作。

支持設(shè)備電源管理，根據(jù)模式自動(dòng)管理設(shè)備的掛起和恢復(fù)，確保在不同的休眠模式下可以正確的掛起和恢復(fù)。

支持可選的休眠時(shí)間補(bǔ)償，讓依賴 OS Tick 的應(yīng)用可以透明使用。

向上層提供設(shè)備接口，如果打開(kāi)了 devfs 組件，那么也可以通過(guò)文件系統(tǒng)接口訪問(wèn)。

工作原理

低功耗的本質(zhì)是系統(tǒng)空閑時(shí) CPU 停止工作，中斷或事件喚醒后繼續(xù)工作。在 RTOS 中，通常包含一個(gè) IDLE 任務(wù)，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低且一直保持就緒狀態(tài)，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)未就緒時(shí)，OS 執(zhí)行 IDLE 任務(wù)。一般地，未進(jìn)行低功耗處理時(shí)，CPU 在 IDLE 任務(wù)中循環(huán)執(zhí)行空指令。RT-Thread 的電源管理組件在 IDLE 任務(wù)中，通過(guò)對(duì) CPU 、時(shí)鐘和設(shè)備等進(jìn)行管理，從而有效降低系統(tǒng)的功耗。

在上圖所示，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)運(yùn)行結(jié)束或被掛起時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入 IDLE 任務(wù)中。在 IDLE 任務(wù)執(zhí)行后，它將判斷系統(tǒng)是否可以進(jìn)入到休眠狀態(tài)（以節(jié)省功耗）。如果可以進(jìn)入休眠， 將根據(jù)芯片情況關(guān)閉部分硬件模塊，OS Tick 也非常有可能進(jìn)入暫停狀態(tài)。此時(shí)電源管理框架會(huì)根據(jù)系統(tǒng)定時(shí)器情況，計(jì)算出下一個(gè)超時(shí)時(shí)間點(diǎn)，并設(shè)置低功耗定時(shí)器，讓設(shè)備能夠在這個(gè)時(shí)刻點(diǎn)喚醒，并進(jìn)行后續(xù)的工作。當(dāng)系統(tǒng)被（低功耗定時(shí)器中斷或其他喚醒中斷源）喚醒后，系統(tǒng)也需要知道睡眠時(shí)間長(zhǎng)度是多少，并對(duì)OS Tick 進(jìn)行補(bǔ)償，讓系統(tǒng)的OS tick值調(diào)整為一個(gè)正確的值。

低功耗狀態(tài)和模式

RT-Thread PM 組件將系統(tǒng)劃分為兩種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)（RUN）和休眠狀態(tài)（Sleep）。運(yùn)行狀態(tài)控制 CPU 的頻率，適用于變頻場(chǎng)景；休眠狀態(tài)根據(jù) SOC 特性實(shí)現(xiàn)休眠 CPU，以降低功耗。兩種狀態(tài)分別使用不同的 API 接口，獨(dú)立控制。

休眠狀態(tài)休眠狀態(tài)也就是通常意義上的低功耗狀態(tài)，通過(guò)關(guān)閉外設(shè)、執(zhí)行 SOC 電源管理接口，降低系統(tǒng)功耗。休眠狀態(tài)又分為六個(gè)模式，呈現(xiàn)為金字塔的形式。隨著模式增加，功耗逐級(jí)遞減的特點(diǎn)。下面是休眠狀態(tài)下模式的定義，開(kāi)發(fā)者可根據(jù)具體的 SOC 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模式，但需要遵循功耗逐級(jí)降低的特點(diǎn)。

運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)通常用于改變 CPU 的運(yùn)行頻率，獨(dú)立于休眠模式。當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)劃分了四個(gè)等級(jí)：高速、正常、中速、低速，如下：

PM組件的實(shí)現(xiàn)接口

在 RT-Thrad PM 組件中，外設(shè)或應(yīng)用通過(guò)投票機(jī)制對(duì)所需的功耗模式進(jìn)行投票，當(dāng)系統(tǒng)空閑時(shí)，根據(jù)投票數(shù)決策出合適的功耗模式，調(diào)用抽象接口，控制芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)，從而降低系統(tǒng)功耗。當(dāng)未進(jìn)行進(jìn)行任何投票時(shí)，會(huì)以默認(rèn)模式進(jìn)入（通常為空閑模式）。

pm組件的控制塊：

static struct rt_pm _pm;

API接口：

請(qǐng)求休眠模式

void rt_pm_request（uint8_t sleep_mode）;

sleep_mode 取以下枚舉值：

enum { /* sleep modes */ PM_SLEEP_MODE_NONE = 0， /* 活躍狀態(tài) */ PM_SLEEP_MODE_IDLE， /* 空閑模式（默認(rèn)） */ PM_SLEEP_MODE_LIGHT， /* 輕度睡眠模式 */ PM_SLEEP_MODE_DEEP， /* 深度睡眠模式 */ PM_SLEEP_MODE_STANDBY， /* 待機(jī)模式 */ PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN， /* 關(guān)斷模式 */ PM_SLEEP_MODE_MAX， };

調(diào)用該函數(shù)會(huì)將對(duì)應(yīng)的模式計(jì)數(shù)加1，并鎖住該模式。此時(shí)如果請(qǐng)求更低級(jí)別的功耗模式，將無(wú)法進(jìn)入，只有釋放（解鎖）先前請(qǐng)求的模式后，系統(tǒng)才能進(jìn)入更低的模式；向更高的功耗模式請(qǐng)求則不受此影響。該函數(shù)需要和 rt_pm_release 配合使用，用于對(duì)某一階段或過(guò)程進(jìn)行保護(hù)。下面是具體代碼實(shí)現(xiàn)：

void rt_pm_request（rt_uint8_t mode） { rt_base_t level; struct rt_pm *pm; if （_pm_init_flag == 0） return; if （mode 》 （PM_SLEEP_MODE_MAX - 1）） return; level = rt_hw_interrupt_disable（）; pm = &_pm; if （pm-》modes［mode］ 《 255） pm-》modes［mode］ ++;//將對(duì)應(yīng)的模式計(jì)數(shù)加1 rt_hw_interrupt_enable（level）; }

釋放休眠模式

void rt_pm_release（uint8_t sleep_mode）;

調(diào)用該函數(shù)會(huì)將對(duì)應(yīng)的模式計(jì)數(shù)減1，配合 rt_pm_request 使用，釋放先前請(qǐng)求的模式。下面是具體代碼實(shí)現(xiàn)：

void rt_pm_release（rt_uint8_t mode） { rt_ubase_t level; struct rt_pm *pm; if （_pm_init_flag == 0） return; if （mode 》 （PM_SLEEP_MODE_MAX - 1）） return; level = rt_hw_interrupt_disable（）; pm = &_pm; if （pm-》modes［mode］ 》 0） pm-》modes［mode］ --;//將對(duì)應(yīng)的模式計(jì)數(shù)減1 rt_hw_interrupt_enable（level）; }

特殊情況下，比如某個(gè)階段并不允許系統(tǒng)進(jìn)入更低的功耗模式，此時(shí)可以通過(guò) rt_pm_request 和 rt_pm_release 對(duì)該過(guò)程進(jìn)行保護(hù)。如 I2C 讀取數(shù)據(jù)期間，不允許進(jìn)入深度睡眠模式（可能會(huì)導(dǎo)致外設(shè)停止工作），因此可以做如下處理：

/* 請(qǐng)求輕度睡眠模式（I2C外設(shè)該模式下正常工作） */ rt_pm_request（PM_SLEEP_MODE_LIGHT）; /* 讀取數(shù)據(jù)過(guò)程 */ /* 釋放該模式 */ rt_pm_release（PM_SLEEP_MODE_LIGHT）;

設(shè)置運(yùn)行模式

int rt_pm_run_enter（uint8_t run_mode）;

run_mode 可以取以下枚舉值：

enum { /* run modes*/ PM_RUN_MODE_HIGH_SPEED = 0， /* 高速 */ PM_RUN_MODE_NORMAL_SPEED， /* 正常（默認(rèn)） */ PM_RUN_MODE_MEDIUM_SPEED， /* 中速 */ PM_RUN_MODE_LOW_SPEED， /* 低速 */ PM_RUN_MODE_MAX， };

調(diào)用該函數(shù)改變 CPU 的運(yùn)行頻率，從而降低運(yùn)行時(shí)的功耗。此函數(shù)只提供級(jí)別，具體的 CPU 頻率應(yīng)在移植階段視實(shí)際情況而定。

下面是具體代碼實(shí)現(xiàn)：

int rt_pm_run_enter（rt_uint8_t mode） { rt_base_t level; struct rt_pm *pm; if （_pm_init_flag == 0） return -RT_EIO; if （mode 》 PM_RUN_MODE_MAX） return -RT_EINVAL; level = rt_hw_interrupt_disable（）; pm = &_pm; if （mode 《 pm-》run_mode） { /* change system runing mode */ pm-》ops-》run（pm， mode）; /* changer device frequency */ _pm_device_frequency_change（mode）; } else { pm-》flags |= RT_PM_FREQUENCY_PENDING; } pm-》run_mode = mode; rt_hw_interrupt_enable（level）; return RT_EOK; }

設(shè)置進(jìn)入/退出休眠模式的回調(diào)通知

void rt_pm_notify_set（void （*notify）（uint8_t event， uint8_t mode， void *data）， void *data）;

event 為以下兩個(gè)枚舉值，分別標(biāo)識(shí)進(jìn)入/退出休眠模式。

enum { RT_PM_ENTER_SLEEP = 0， /* 進(jìn)入休眠模式 */ RT_PM_EXIT_SLEEP， /* 退出休眠模式 */ };

在應(yīng)用進(jìn)入/退出休眠模式會(huì)觸發(fā)回調(diào)通知。下面是具體代碼實(shí)現(xiàn)：

void rt_pm_notify_set（void （*notify）（rt_uint8_t event， rt_uint8_t mode， void *data）， void *data） { _pm_notify.notify = notify; _pm_notify.data = data; }

注冊(cè)PM設(shè)備

void rt_pm_device_register（struct rt_device *device， const struct rt_device_pm_ops *ops）

與應(yīng)用不同，某些外設(shè)可能在進(jìn)入低功耗狀態(tài)時(shí)執(zhí)行特定操作，退出低功耗時(shí)采取措施恢復(fù)，此時(shí)可以通過(guò)注冊(cè)PM設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)注冊(cè) PM 設(shè)備，在進(jìn)入低功耗狀態(tài)之前，會(huì)觸發(fā)注冊(cè)設(shè)備的 suspend 回調(diào)，開(kāi)發(fā)者可在回調(diào)里執(zhí)行自己的操作；類似地，從低功耗狀態(tài)退出時(shí)，也會(huì)觸發(fā) resume 回調(diào)。運(yùn)行模式下的頻率改變同樣會(huì)觸發(fā)設(shè)備的 frequency_change 回調(diào)。下面是具體代碼實(shí)現(xiàn)：

void rt_pm_device_register（struct rt_device *device， const struct rt_device_pm_ops *ops） { rt_base_t level; struct rt_device_pm *device_pm; RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT; level = rt_hw_interrupt_disable（）; device_pm = （struct rt_device_pm *）RT_KERNEL_REALLOC（_pm.device_pm， （_pm.device_pm_number + 1） * sizeof（struct rt_device_pm））; if （device_pm ！= RT_NULL） { _pm.device_pm = device_pm; _pm.device_pm［_pm.device_pm_number］.device = device; _pm.device_pm［_pm.device_pm_number］.ops = ops; _pm.device_pm_number += 1; } rt_hw_interrupt_enable（level）; }

設(shè)置進(jìn)入/退出休眠模式的回調(diào)通知和注冊(cè)為設(shè)備的回調(diào)通知流程：

首先應(yīng)用設(shè)置進(jìn)出休眠狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)，然后調(diào)用 rt_pm_request 請(qǐng)求休眠模式，觸發(fā)休眠操作；PM 組件在系統(tǒng)空閑時(shí)檢查休眠模式計(jì)數(shù)，根據(jù)投票數(shù)給出推薦的模式；接著 PM 組件調(diào)用 notfiy 通知應(yīng)用，告知即將進(jìn)入休眠模式；然后對(duì)注冊(cè)的 PM 設(shè)備執(zhí)行掛起操作，返回 OK 后執(zhí)行 SOC 實(shí)現(xiàn)的的休眠模式，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)（如果使能時(shí)間補(bǔ)償，休眠之前會(huì)先啟動(dòng)低功耗定時(shí)器）。此時(shí) CPU 停止工作，等待事件或者中斷喚醒。當(dāng)系統(tǒng)被喚醒后，由于全局中斷為關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)繼續(xù)從該處執(zhí)行，獲取睡眠時(shí)間補(bǔ)償系統(tǒng)的心跳，依次喚醒設(shè)備，通知應(yīng)用從休眠模式退出。如此一個(gè)周期執(zhí)行完畢，退出，等待系統(tǒng)下次空閑。模式的切換代碼實(shí)現(xiàn)：當(dāng)任務(wù)進(jìn)入到空閑線程，最終是調(diào)用此函數(shù)進(jìn)入低功耗和喚醒的

static void _pm_change_sleep_mode（struct rt_pm *pm， rt_uint8_t mode） { rt_tick_t timeout_tick， delta_tick; rt_base_t level; int ret = RT_EOK; if （mode == PM_SLEEP_MODE_NONE） { pm-》sleep_mode = mode; pm-》ops-》sleep（pm， PM_SLEEP_MODE_NONE）; } else { level = rt_pm_enter_critical（mode）; /* Notify app will enter sleep mode */ if （_pm_notify.notify） _pm_notify.notify（RT_PM_ENTER_SLEEP， mode， _pm_notify.data）; /* Suspend all peripheral device */ ret = _pm_device_suspend（mode）; if （ret ！= RT_EOK） { _pm_device_resume（mode）; if （_pm_notify.notify） _pm_notify.notify（RT_PM_EXIT_SLEEP， mode， _pm_notify.data）; rt_pm_exit_critical（level， mode）; return; } /* Tickless*/ if （pm-》timer_mask & （0x01 《《 mode）） { timeout_tick = rt_timer_next_timeout_tick（）; if （timeout_tick == RT_TICK_MAX） { if （pm-》ops-》timer_start） { pm-》ops-》timer_start（pm， RT_TICK_MAX）; } } else { timeout_tick = timeout_tick - rt_tick_get（）; if （timeout_tick 《 RT_PM_TICKLESS_THRESH） { mode = PM_SLEEP_MODE_IDLE; } else { pm-》ops-》timer_start（pm， timeout_tick）; } } } /* enter lower power state */ pm-》ops-》sleep（pm， mode）; /* wake up from lower power state*/ if （pm-》timer_mask & （0x01 《《 mode）） { delta_tick = pm-》ops-》timer_get_tick（pm）; pm-》ops-》timer_stop（pm）; if （delta_tick） { rt_tick_set（rt_tick_get（） + delta_tick）; rt_timer_check（）; } } /* resume all device */ _pm_device_resume（pm-》sleep_mode）; if （_pm_notify.notify） _pm_notify.notify（RT_PM_EXIT_SLEEP， mode， _pm_notify.data）; rt_pm_exit_critical（level， mode）; } }

移植的實(shí)現(xiàn)原理

RT-Thread 低功耗管理系統(tǒng)從設(shè)計(jì)上分離運(yùn)行模式和休眠模式，獨(dú)立管理，運(yùn)行模式用于變頻和變電壓，休眠調(diào)用芯片的休眠特性。對(duì)于多數(shù)芯片和開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，可能并不需要考慮變頻和變電壓，僅需關(guān)注休眠模式。底層功能的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)有Sunwancn大神對(duì)STM32做了全系列的適配，以下是底層實(shí)現(xiàn)原理，用戶也可以自行根據(jù)自身情況對(duì)底層進(jìn)行裁剪或增強(qiáng)。（注意： 驅(qū)動(dòng)可能有更新，移植請(qǐng)到gitee下載最新pm驅(qū)動(dòng)。地址在pm-ports-stm32-new 分支：https://gitee.com/sunwancn/rt-thread/tree/pm-ports-stm32-new）

PM 組件的底層功能都是通過(guò)struct rt_pm_ops結(jié)構(gòu)體里的函數(shù)完成：

/** * low power mode operations */ struct rt_pm_ops { void （*sleep）（struct rt_pm *pm， uint8_t mode）; void （*run）（struct rt_pm *pm， uint8_t mode）; void （*timer_start）（struct rt_pm *pm， rt_uint32_t timeout）; void （*timer_stop）（struct rt_pm *pm）; rt_tick_t （*timer_get_tick）（struct rt_pm *pm）; };

移植休眠模式移植休眠模式僅需關(guān)注 sleep 接口，下面是具體的實(shí)現(xiàn)：

void stm32_sleep（struct rt_pm *pm， rt_uint8_t mode） { switch （mode） { case PM_SLEEP_MODE_NONE： break; case PM_SLEEP_MODE_IDLE： if （pm-》run_mode == PM_RUN_MODE_LOW_SPEED） { /* Enter LP SLEEP Mode， Enable low-power regulator */ HAL_PWR_EnterSLEEPMode（PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON， PWR_SLEEPENTRY_WFI）; } else { /* Enter SLEEP Mode， Main regulator is ON */ HAL_PWR_EnterSLEEPMode（PWR_MAINREGULATOR_ON， PWR_SLEEPENTRY_WFI）; } break; case PM_SLEEP_MODE_LIGHT： if （pm-》run_mode == PM_RUN_MODE_LOW_SPEED） { __HAL_FLASH_SLEEP_POWERDOWN_ENABLE（）; /* Enter LP SLEEP Mode， Enable low-power regulator */ HAL_PWR_EnterSLEEPMode（PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON， PWR_SLEEPENTRY_WFI）; __HAL_FLASH_SLEEP_POWERDOWN_DISABLE（）; } else { /* Enter SLEEP Mode， Main regulator is ON */ HAL_PWR_EnterSLEEPMode（PWR_MAINREGULATOR_ON， PWR_SLEEPENTRY_WFI）; } break; case PM_SLEEP_MODE_DEEP： /* Disable SysTick interrupt */ CLEAR_BIT（SysTick-》CTRL， （rt_uint32_t）SysTick_CTRL_TICKINT_Msk）; if （pm-》run_mode == PM_RUN_MODE_LOW_SPEED） { /* Clear LPR bit to back the normal run mode */ CLEAR_BIT（PWR-》CR1， PWR_CR1_LPR）; /* Enter STOP 2 mode */ HAL_PWREx_EnterSTOP2Mode（PWR_STOPENTRY_WFI）; /* Set Regulator parameter to lowpower run mode */ SET_BIT（PWR-》CR1， PWR_CR1_LPR）; } else { /* Enter STOP 2 mode */ HAL_PWREx_EnterSTOP2Mode（PWR_STOPENTRY_WFI）; } /* Enable SysTick interrupt */ SET_BIT（SysTick-》CTRL， （rt_uint32_t）SysTick_CTRL_TICKINT_Msk）; /* Re-configure the system clock */ systemclock_reconfig（pm-》run_mode）; break; case PM_SLEEP_MODE_STANDBY： __HAL_PWR_CLEAR_FLAG（PWR_FLAG_WU）; /* Enter STANDBY mode */ HAL_PWR_EnterSTANDBYMode（）; break; case PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN： __HAL_PWR_CLEAR_FLAG（PWR_FLAG_WU）; /* Enter SHUTDOWNN mode */ HAL_PWREx_EnterSHUTDOWNMode（）; break; default： RT_ASSERT（0）; break; } }

移植時(shí)間補(bǔ)償接口某些情況下，我們可能需要系統(tǒng)在空閑時(shí)進(jìn)入 Stop 模式，以達(dá)到更低的降功耗效果。根據(jù)手冊(cè)可知，Stop 2 模式會(huì)關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)前的 OS Tick 基于內(nèi)核的 Systick 定時(shí)器。那么在系統(tǒng)時(shí)鐘停止后，OS Tick 也會(huì)停止，對(duì)于某些依賴 OS Tick 的應(yīng)用，在進(jìn)入 Stop 2 模式，又被中斷喚醒后，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因此需要在系統(tǒng)喚醒后，對(duì) OS Tick 進(jìn)行補(bǔ)償。Stop 2 模式下，絕大多數(shù)外設(shè)都停止工作，僅低功耗定時(shí)器 1（LP_TIM1）和RTC，選擇 LSI 作為時(shí)鐘源后，仍然能正常運(yùn)行，所以可以選擇 LP_TIM1 或者RTC 作為 Stop 2 模式的時(shí)間補(bǔ)償定時(shí)器。

休眠的時(shí)間補(bǔ)償需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)接口，分別用于啟動(dòng)低功耗定時(shí)器、停止定時(shí)器、喚醒后獲取休眠的 Tick，下面是具體的實(shí)現(xiàn)：

static void stm32_pm_timer_start（struct rt_pm *pm， rt_uint32_t timeout） { RT_ASSERT（pm ！= RT_NULL）; RT_ASSERT（timeout 》 0）; if （timeout ！= RT_TICK_MAX） { /* Convert OS Tick to PM timer timeout value */ timeout = stm32_pm_tick_from_os_tick（timeout）; if （timeout 》 stm32_pmtim_get_tick_max（）） { timeout = stm32_pmtim_get_tick_max（）; } /* Enter PM_TIMER_MODE */ stm32_pmtim_start（timeout）; } }

static void stm32_pm_timer_stop（struct rt_pm *pm） { RT_ASSERT（pm ！= RT_NULL）; /* Reset PM timer status */ stm32_pmtim_stop（）; }

static rt_tick_t stm32_pm_timer_get_tick（struct rt_pm *pm） { rt_uint32_t timer_tick; RT_ASSERT（pm ！= RT_NULL）; timer_tick = stm32_pmtim_get_current_tick（）; return stm32_os_tick_from_pm_tick（timer_tick）; }

休眠時(shí)間補(bǔ)償?shù)囊浦蚕鄬?duì)并不復(fù)雜，根據(jù) Tick 配置低功耗定時(shí)器超時(shí)，喚醒后獲取實(shí)際休眠時(shí)間并轉(zhuǎn)換為OS Tick，告知 PM 組件即可。

移植運(yùn)行模式移植休眠模式僅需關(guān)注 run接口，下面是具體的實(shí)現(xiàn)：

void stm32_run（struct rt_pm *pm， rt_uint8_t mode） { static rt_uint32_t last_mode; static char *run_str［］ = PM_RUN_MODE_NAMES; struct rcc_conf_struct sconf = _rcc_conf［mode］; if （mode == last_mode） return; if （stm32_run_freq［mode］［0］ ！= stm32_run_freq［last_mode］［0］） { if （_rcc_conf［last_mode］.low_pow_run_en && ！sconf.low_pow_run_en） { /* Disable the Low-power Run mode */ HAL_PWREx_DisableLowPowerRunMode（）; } systemclock_msi_on（last_mode）; if （mode 《 last_mode） { /* Frequency increase */ HAL_PWREx_ControlVoltageScaling（sconf.volt_scale）; _set_sysclock［mode］（）; } else { /* Frequency reduce */ _set_sysclock［mode］（）; HAL_PWREx_ControlVoltageScaling（sconf.volt_scale）; } if （sconf.volt_scale == PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2 || _osc_conf.osc_type == RCC_OSCILLATORTYPE_MSI） { /* Configure the wake up from stop clock to MSI */ __HAL_RCC_WAKEUPSTOP_CLK_CONFIG（RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_MSI）; } else { /* Configure the wake up from stop clock to HSI */ __HAL_RCC_WAKEUPSTOP_CLK_CONFIG（RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_HSI）; } if （sconf.low_pow_run_en） { /* Enable the Low-power Run mode */ HAL_PWREx_EnableLowPowerRunMode（）; } systemclock_msi_off（mode）; #if defined（RT_USING_SERIAL） /* Re-Configure the UARTs */ uart_console_reconfig（）; #endif /* Re-Configure the Systick time */ HAL_SYSTICK_Config（HAL_RCC_GetHCLKFreq（） / RT_TICK_PER_SECOND）; /* Re-Configure the Systick */ HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig（SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK）; } last_mode = mode; rt_kprintf（“switch to %s mode， frequency = %d %sHz ”， run_str［mode］， stm32_run_freq［mode］［0］， （stm32_run_freq［mode］［1］ == 1） ？ “M” ： “K”）; if （（stm32_run_freq［mode］［0］ / stm32_run_freq［mode］［1］） 》 OSC_CONF_SYS_FREQ_MAX） rt_kprintf（“warning： The frequency has over than %d MHz ”， OSC_CONF_SYS_FREQ_MAX）; }

自定義運(yùn)行級(jí)別時(shí)鐘樹(shù)配置函數(shù)PM 組件驅(qū)動(dòng)在給定運(yùn)行頻率時(shí)，已經(jīng)盡量自動(dòng)最優(yōu)化配置時(shí)鐘樹(shù)，但有時(shí)外設(shè)時(shí)鐘還是沒(méi)有達(dá)到自己想要的頻率，這時(shí)可以自己配置時(shí)鐘樹(shù)，在 board.c 添加以下單個(gè)或所有函數(shù)，代碼可參考 SystemClock_Config（） 函數(shù)：

rt_uint16_t stm32_run_freq［PM_RUN_MODE_MAX］［2］ = { /* The actual frequency is 1/divisor MHz， divisor = {1， 1000} */ /* {sysclk frequency， divisor} */ {/* 配置高頻運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘 */， /* 分頻系數(shù) */}， /* High speed */ {/* 配置普通運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘 */， /* 分頻系數(shù) */}， /* Normal speed */ {/* 配置中低運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘 */， /* 分頻系數(shù) */}， /* Medium speed */ {/* 配置低頻運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘 */， /* 分頻系數(shù) */}， /* Low speed， MSI clock 2.0 MHz */ }; void stm32_systemclock_high（void） { /* 添加代碼，配置高頻運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘樹(shù) */ } void stm32_systemclock_normal（void） { /* 添加代碼，配置普通速度運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘樹(shù) */ } void stm32_systemclock_medium（void） { /* 添加代碼，配置中低頻運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘樹(shù) */ } void stm32_systemclock_low（void） { /* 添加代碼，配置低頻運(yùn)行時(shí)的時(shí)鐘樹(shù) */ }

當(dāng)?shù)退俚念l率小于2MHz時(shí)，要注意以下2點(diǎn)：

串口波特率如果設(shè)置過(guò)高，將不能正常通信

在時(shí)鐘頻率很低時(shí)，要適當(dāng)減小 RT_TICK_PER_SECOND 值，不然由于 OS_tick 過(guò)短，某些線程將不能完成任務(wù)，從而不能進(jìn)入低功耗模式

初始化PM組件注意：休眠模式的時(shí)間補(bǔ)償需要在初始化階段通過(guò)設(shè)置 timer_mask 的對(duì)應(yīng)模式的 bit 控制開(kāi)啟。例如需要開(kāi)啟 Deep Sleep 模式下的時(shí)間補(bǔ)償，在實(shí)現(xiàn) timer 相關(guān)的 ops 接口后，初始化時(shí)設(shè)置相應(yīng)的bit：

int drv_pm_hw_init（void） { static const struct rt_pm_ops _ops = { stm32_sleep， stm32_run， stm32_pm_timer_start， stm32_pm_timer_stop， stm32_pm_timer_get_tick }; rt_uint8_t timer_mask = 0; /* Enable Power Clock */ __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE（）; /* initialize timer mask */ timer_mask = 1UL 《《 PM_SLEEP_MODE_DEEP; /* initialize system pm module */ rt_system_pm_init（&_ops， timer_mask， RT_NULL）; return 0; } INIT_BOARD_EXPORT（drv_pm_hw_init）;

void rt_system_pm_init（const struct rt_pm_ops *ops， rt_uint8_t timer_mask， void *user_data） { struct rt_device *device; struct rt_pm *pm; pm = &_pm; device = &（_pm.parent）; device-》type = RT_Device_Class_PM; device-》rx_indicate = RT_NULL; device-》tx_complete = RT_NULL; #ifdef RT_USING_DEVICE_OPS device-》ops = &pm_ops; #else device-》init = RT_NULL; device-》open = RT_NULL; device-》close = RT_NULL; device-》read = _rt_pm_device_read; device-》write = _rt_pm_device_write; device-》control = _rt_pm_device_control; #endif device-》user_data = user_data; /* register PM device to the system */ rt_device_register（device， “pm”， RT_DEVICE_FLAG_RDWR）; rt_memset（pm-》modes， 0， sizeof（pm-》modes））; pm-》sleep_mode = _pm_default_sleep; pm-》run_mode = RT_PM_DEFAULT_RUN_MODE; pm-》timer_mask = timer_mask; pm-》ops = ops; pm-》device_pm = RT_NULL; pm-》device_pm_number = 0; _pm_init_flag = 1; }

STM32L4 移植 PM

STM32L4 的低功耗模式簡(jiǎn)介：

STM32L4系列 是 ST 公司推出的一款超低功耗的 Crotex-M4 內(nèi)核的 MCU，支持多個(gè)電源管理模式，其中最低功耗 Shutdown 模式下，待機(jī)電流僅 30 nA。ST 公司 把 L4系列 的電管管理分為很多種，但各個(gè)模式的并非功耗逐級(jí)遞減的特點(diǎn)，下面是各個(gè)模式之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：

盡管 STM32L4系列 的低功耗模式很多，但本質(zhì)上并不復(fù)雜，理解它的原理有助于我們移植驅(qū)動(dòng)，同時(shí)更好的在產(chǎn)品中選擇合適的模式。最終決定 STM32L4系列 系統(tǒng)功耗的主要是三個(gè)因素：穩(wěn)壓器（voltage regulator）、CPU 工作頻率、芯片自身低功耗的處理，下面分別對(duì)三個(gè)因素進(jìn)行闡述。

穩(wěn)壓器L4 使用兩個(gè)嵌入式線性穩(wěn)壓器為所有數(shù)字電路、待機(jī)電路以及備份時(shí)鐘域供電，分別是主穩(wěn)壓器（main regulator，下文簡(jiǎn)稱 MR）和低功耗穩(wěn)壓器（low-power regulator，下文簡(jiǎn)稱 LPR）。穩(wěn)壓器在復(fù)位后處于使能狀態(tài)，根據(jù)應(yīng)用模式，選擇不同的穩(wěn)壓器對(duì) Vcore 域供電。其中，MR 的輸出電壓可以由軟件配置為不同的范圍（Range 1 和 Rnage 2）。穩(wěn)壓器應(yīng)用場(chǎng)合

穩(wěn)壓器應(yīng)用場(chǎng)合

MR（Range 1）Vcore = 1.2V，用于運(yùn)行模式、睡眠模式和停止模式0，MR 未 Vcore 域提供全功率

MR（Range 2）Vcore = 1.0V，使用的場(chǎng)景同上

LPR用于低功耗運(yùn)行模式、低功耗休眠模式、停止模式 1、停止模式2

OFFStandby 和 Shutdown 模式下，MR 和 LPR 都被關(guān)閉

CPU 工作頻率通過(guò)降低 CPU 的主頻達(dá)到降低功耗的目的：MR 工作在 Range 1 正常模式時(shí)，SYSCLK 最高可以工作在 80M；MR 工作在 Range 2 時(shí)，SYSCLK 最高不能超過(guò) 26 M；低功耗運(yùn)行模式和低功耗休眠模式，即 Vcore 域由 LPR 供電，SYSCLK 必須小于 2M。

芯片本身的低功耗處理芯片本身定義了一系列的休眠模式，如 Sleeep、Stop、Standby 和 Shutdown，前面的四種模式功耗逐漸降低，實(shí)質(zhì)是芯片內(nèi)部通過(guò)關(guān)閉外設(shè)和時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)。

配置工程

配置 PM 組件：

配置內(nèi)核選項(xiàng)：使用 PM 組件需要更大的 IDLE 線程的棧，這里使用了1024 字節(jié)

在空閑線程中會(huì)調(diào)用rt_system_power_manager接口來(lái)進(jìn)入低功耗模式：

/** * 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已經(jīng)被添加到了工程：

然后添加PM組件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)的最新地址：pm-ports-stm32-new 分支：https://gitee.com/sunwancn/rt-thread/tree/pm-ports-stm32-new注意： 目前所使用的驅(qū)動(dòng)不是最新版本，移植請(qǐng)到gitee下載最新pm驅(qū)動(dòng)。

從 t-threadspstm32librariesHAL_Drivers，拷貝如下四個(gè)文件到工程的drivers文件夾下：

本項(xiàng)目選擇的是使用RTC作為STOP后的時(shí)間補(bǔ)償，所以需要打開(kāi)rtc設(shè)備和所使用的宏：

注： 如果沒(méi)有使用RTT的自身的RTC函數(shù)的話，前面2個(gè)宏可以不要。
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