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目前越来越多的嵌入式设备采用电池进行供电#xff0c;而不是跟台式电脑一样#xff0c;可以一直连接着电源。在电池供电的场景下#xff0c;对功耗的要求很高#xff0c;工程师们尽量希… 文章目录 功耗相关的使用场景MCU中低功耗的应用RTOS中低功耗应用 功耗相关的使用场景
目前越来越多的嵌入式设备采用电池进行供电而不是跟台式电脑一样可以一直连接着电源。在电池供电的场景下对功耗的要求很高工程师们尽量希望自己的设备充完一次点后可以使用更久。
本文从两个角度去看待如何实现低功耗。一种方法是MCU厂商提供的低功耗模式在工程端我们一般按照MCU厂商提供的方法使得MCU进入低功耗模式。另外一种方法是RTOS中的低功耗实现方法因为RTOS是采用轮转调度的可以在此基础上做相关处理可以使设备使用的功耗更低。
MCU中低功耗的应用
以Cortex-M3内核为例
通过查找CM3内核指南可以看到这种内核提供了两种低功耗策略如下图所示
其实也很好理解 睡眠模式Sleep Mode 在睡眠模式下CPU停止执行指令但所有的时钟信号包括系统时钟和外设时钟仍然保持活动状态。这意味着外设如定时器、通信接口等仍然可以工作并且可以通过外设事件如定时器溢出、串口数据到达等来唤醒CPU。 深度睡眠模式Deep Sleep Mode 深度睡眠模式比睡眠模式更进一步降低功耗。在这个模式下除了CPU停止执行指令外大部分或全部的系统时钟和外设时钟也会被禁用。这意味着大多数外设也会停止工作。只有少数特定的唤醒源如外部中断或者某些具有独立时钟的外设才能唤醒处理器。
写一个表格对比一下
特性睡眠模式深度睡眠模式CPU停止执行指令停止执行指令系统时钟保持活动大多数情况下禁用外设时钟保持活动大多数情况下禁用外设功能保持工作大多数情况下停止唤醒事件外设事件限定的唤醒源功耗低更低
这是ARM内核层面提供的低功耗模式但是在实际上厂商还可以客制化这里举个例子以STM32F1系列为例 从STM32F1的参考手册可以见到
其有三种模式为啥三种呢因为他扩展了CM3内核的深度睡眠模式外加一个SRAM作为后备存储区该区电力供应在进入深度睡眠模式的时候可以选择被切断与保留如果保留了则可以当前的处理器状态备份到这个SRAM。备份原理参考https://blog.csdn.net/weixin_47702410/article/details/119751040
总结一下STM32F1的这三种模式与Cortex-M3内核的两种模式的关联如下
睡眠模式直接对应于Cortex-M3的睡眠模式。停止模式和待机模式可以看作是在Cortex-M3的深度睡眠模式的基础上由STM32F1系列微控制器特有的扩展它们提供了更深层次的功耗管理。
STM32F1的具体的休眠含义可以查找STM32F1的参考手册如下
RTOS中低功耗应用
RTOS在一般的应用中处理器大量的时间都在处理空闲任务此时可以考虑让处理器在空闲任务的时候进入低功耗模式。当需要处理应用层代码的时候就将处理器从低功耗模式唤醒。
因此关键在于如何确定CPU此时是空闲的我们在空闲的时候开启低功耗而需要处理任务的时候退出低功耗便可。
以FreeRTOS为例一般会在空闲任务都会进入到钩子函数则可钩子函数中执行低功耗相关处理。而FreeRTOS的系统时钟是由滴答定时器中断来提供的。
为此FreeRTOS特地提供了一个解决方法–Tickless模式当处理器进入空闲任务以后就关闭系统节拍中断滴答定时器中断只有当其他中断发生或者其他任务需要处理的时候处理器才会被低功耗模式中唤醒。
关于这方面的具体实现可以在源码中查看如下宏的实现
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 1 //启用低功耗tickless模式
参考https://blog.csdn.net/qq_26226375/article/details/125043059
总体来说RTOS实现低功耗可运用如下的原理滴答定时器作了处理不然会一直唤醒内核红色部分是任务处理时长灰色部分是低功耗休眠时长绿色部分是进入低功耗的处理时长
