做网站建设业务,如何新建网页,做推广的网站吗,首饰网站建设策划案RTOS 低功耗设计原理及实现 文章目录 RTOS 低功耗设计原理及实现#x1f468;#x1f3eb;前言#x1f468;#x1f52c;Tickless Idle Mode 的原理及实现#x1f468;#x1f680;Tickless Idle Mode 的软件设计原理#x1f468;#x1f4bb;Tickless Idle Mo… RTOS 低功耗设计原理及实现 文章目录 RTOS 低功耗设计原理及实现前言Tickless Idle Mode 的原理及实现Tickless Idle Mode 的软件设计原理Tickless Idle Mode 的实现⚖️结尾 前言 目前 越来越多的嵌入式产品在开发中使用 RTOS 作为软件平台 同时开发中对低功耗的要求也越来越高 本文会讨论一下如何在 RTOS 中处理微控制器的低功耗特性。 应用中使用的 RTOS 一般采用基于时间片轮转的抢占式任务调度机制一般的低功耗设计思路如下 当 Idle 任务运行时进入低功耗模式在适当的条件下通过中断或者外部事件唤醒 MCU 但是 从第二点可以看出每次当 OS 系统定时器产生中断时也会将 MCU 从低功耗模式中唤醒而频繁的进入低功耗模式/从低功耗模式中唤醒会使得 MCU 无法进入深度睡眠对低功耗设计而言也是不合理的。 在 FreeRTOS 中给出了一种低功耗设计模式 —— Tickless Idle Mode 这个方法可以让 MCU 更长的时间处于低功耗模式。 Tickless Idle Mode 的原理及实现 上图是任务调度示意图横轴是时间轴 T1 T2 T3 T4 是 RTOS 的时间片基准有四个任务分别是 TaskATaskBTaskCTaskD Task A周期性任务Task B 周期性任务Task C突发性任务Task D周期性任务 从图中可以看出在四个任务进行调度之间会有四次空闲期间此时 RTOS 会调度 Idle 任务运行 软件设计的目标应该是尽可能使 MCU 在 Idle 任务运行时处于低功耗模式。 1️⃣Idle1 Idle 任务运行期间会产生一次系统时钟滴答此时会唤醒 MCU唤醒后 MCU 又会进入低功耗模式 这次唤醒是无意义的。期望使 MCU 在 Idle1 期间一直处于低功耗模式 因此适当调整系统定时器中断使得 T1 时不触发系统时钟中断 中断触发点设置为 Task B 到来时。 2️⃣Idle2 Task C 在系统滴答到达前唤醒 MCU外部事件MCU 可以在 Idle2 中可以一直处于低功耗模式 3️⃣Idle3 与 Idle2 情况相同但 Idle3 时间很短如果这个时间很短那么进入低功耗模式的意义并不大因此在进入低功耗模式时软件应该添加策略 4️⃣Idle4 与 Idle1 情况相同。 Tickless Idle Mode 的软件设计原理 Tickless Idle Mode 的设计思想在于尽可能地在 MCU 空闲时使其进入低功耗模式。从上述情景中可以看出软件设计需要解决的问题有 合理地进入低功耗模式避免频繁使 MCU 在低功耗模式和运行模式下进行不必要的切换RTOS 的系统时钟源于硬件的某个周期性定时器Cortex-M 系列内核多数采用 SysTickRTOS 的任务调度器可以预期到下一个周期性任务或者定时器任务 的触发时间如上文所述调整系统时钟定时器中断触发时间可以避免 RTOS 进入不必要的时间中断从而更长的时间停留在低功耗模式中此时 RTOS 的时钟不再是周期的而是动态的在原有的时钟基准时将不再产生中断即 Tickless。当 MCU 被唤醒时通过某种方式为系统时钟提供补偿。MCU 可能被两种情况所唤醒动态调整过的系统时钟中断或者突发性的外部事件无论是哪一种情况都可以通过运行在低功耗模式下的某种定时器来计算出 MCU 处于低功耗模式下的时间在 MCU 唤醒后对系统时间进行软件补偿软件实现时要根据具体的应用情景和 MCU 低功耗特性来处理问题。尤其是 MCU 的低功耗特性不同 MCU 处于不同的低功耗模式下所能使用的外设主要是定时器 是不同的 RTOS 的系统时钟可以进行适当的调整。 Tickless Idle Mode 的实现 这里以 STM32F407 系列的 MCU 为例 首先需要明确的是 MCU 的低功耗模式 F407 有 3 种低功耗模式SleepStop, Standby 在 RTOS 平台时 SRAM 和寄存器的数据不应丢失 此外需要一个定时器为 RTOS 提供系统时钟 这里选择 Sleep 模式下进行实现。 1. 使能 #define configUSE_TICKLESS_IDLE 12. 空闲任务RTOS 空闲时自动调用 /* Idle 任务 */
void prvIdleTask( void *pvParameters )
{for( ; ; ){...#if ( configUSE_TICKLESS_IDLE ! 0 ){TickType_t xExpectedIdleTime;/* 用户策略以决定是否需要进入 Tickless Mode */xExpectedIdleTime prvGetExpectedIdleTime();if( xExpectedIdleTime configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP ){vTaskSuspendAll(); // 挂起调度器{configASSERT( xNextTaskUnblockTime xTickCount );xExpectedIdleTime prvGetExpectedIdleTime();if( xExpectedIdleTime configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP ){/* 用户函数接口 *//* 1. 进入低功耗模式和如何退出低功耗模式 *//* 2. 系统时间补偿 */portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime );}} (void) xTaskResumeAll(); // 恢复调度器}}#endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE */...}
}3. 低功耗模式处理根据 MCU 的低功耗模式编写代码 void vPortSuppressTicksAndSleep( portTickType xExpectedIdleTime )
{unsigned long ulReloadValue, ulCompleteTickPeriods,ulCompletedSysTickDecrements;portTickType xModifiableIdleTime;/* 最长睡眠时间不可以超过定时器的最大定时值 *//* 通过调整定时器的时间基准可以获得更理想的最大定时值 */if( xExpectedIdleTime xMaximumPossibleSuppressedTicks ){xExpectedIdleTime xMaximumPossibleSuppressedTicks;}/* 停止 SysTick */portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |portNVIC_SYSTICK_INT_BIT;/* 计算唤醒时的系统时间用于唤醒后的系统时间补偿 */ulReloadValue portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG ( ulTimerCountsForOneTick * ( xExpectedIdleTime - 1UL ) );if( ulReloadValue ulStoppedTimerCompensation ){ulReloadValue - ulStoppedTimerCompensation;}__disable_interrupt();/* 确认下是否可以进入低功耗模式 */if( eTaskConfirmSleepModeStatus() eAbortSleep ){/* 不可以重新启动系统定时器 */portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG;portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ulTimerCountsForOneTick - 1UL;__enable_interrupt();}else{/* 可以进入低功耗模式 *//* 保存时间补偿重启系统定时器 */portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ulReloadValue;portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG 0UL;portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;/* 进入低功耗模式可以通过 configPRE_SLEEP_PROCESSING 函数进行低功耗模式下时钟及外设的配置*/xModifiableIdleTime xExpectedIdleTime;configPRE_SLEEP_PROCESSING( xModifiableIdleTime );if( xModifiableIdleTime 0 ){__DSB();__WFI();__ISB();}/* 退出低功耗模式 */configPOST_SLEEP_PROCESSING( xExpectedIdleTime );portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |portNVIC_SYSTICK_INT_BIT;__disable_interrupt()__enable_interrupt();/*唤醒有两种情况系统定时器或者外部事件中断 */if((portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG portNVIC_SYSTICK_COUNT_FLAG_BIT) ! 0){/* 系统定时器唤醒时间补偿 */unsigned long ulCalculatedLoadValue;ulCalculatedLoadValue ( ulTimerCountsForOneTick - 1UL ) – ( ulReloadValue - portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG );if( ( ulCalculatedLoadValue ulStoppedTimerCompensation ) || ( ulCalculatedLoadValue ulTimerCountsForOneTick ) ){ulCalculatedLoadValue (ulTimerCountsForOneTick - 1UL);}portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ulCalculatedLoadValue;ulCompleteTickPeriods xExpectedIdleTime - 1UL;}else{/* 外部事件中断唤醒 */ulCompletedSysTickDecrements ( xExpectedIdleTime *ulTimerCountsForOneTick ) - portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG;ulCompleteTickPeriods ulCompletedSysTickDecrements /ulTimerCountsForOneTick;portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ( ( ulCompleteTickPeriods 1 ) *ulTimerCountsForOneTick ) - ulCompletedSysTickDecrements;}/* 重启 Systick调整系统定时器中断为正常值 */portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG 0UL;portENTER_CRITICAL();{portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;vTaskStepTick( ulCompleteTickPeriods );portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ulTimerCountsForOneTick - 1UL;}portEXIT_CRITICAL();}
}⚖️结尾 STM32 家族中拥有不同的系列特别是专为低功耗应用设计的 L 系列为其设计 RTOS 低功耗特性实现时可以有更多的实现方式例某种模式下内核停止运行 此时可以使用外部定时器或者 RTC 来代替 Systick 作为系统定时器。
