采用RTC WakeUP的方式对STM32F4xx StandBy模式进行唤醒

开发板

本次测试使用的开发板为正点原子的 STM32F429IGT6 阿波罗开发板，该款芯片支持睡眠、停止和待机三种低功耗模式。本文以 StandBy 模式也就是待机模式为例进行组件的使用分析，唤醒方式采用 RTC WakeUP 的方式进行唤醒。

1 STM32F4xx 待机模式介绍

STM32F4xx 待机模式的各种特性如下所示。在待机模式下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。

2 PM 组件的移植

PM组件的移植主要参考了官方文档电源管理组件和文章 RT-Thread进阶之低功耗PM组件应用笔记及 STM32 PM组件 DeepSleep 模式的使用，在移植时主要是在 RT-Thread Settings 里面的设备驱动程序中使能 PM（电源管理）设备驱动程序，并设置空闲任务线程的堆栈空间不小于 1024Bytes，移植步骤在此不再叙述。

3 源码的修改

为了测试方便将 RTC 的唤醒时钟选择配置为 1Hz，修改方式如下

// drv_pmtim.c 函数 stm32_pmtim_start()

HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&RtcHandle, reload, RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV16); // 修改前

HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&RtcHandle, reload, RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS); // 修改后

4 测试用例

依照上文中参考文档对 PM 组件移植后，参考官方文档电源管理组件进行测试用例的编写，本次主要测试待机模式，因为待机模式唤醒之后相当于程序复位，所以测试起来比较简单，编写的测试用例如下。

4.1 main.c

main.c 的代码如下，首先打印一下系统时钟信息，看一下和 CubeMX 配置的 180MHz 是否一致，以判断 PM 组件是否工作在 Normal 模式，然后初始化 LED 和按键中断，设置 PM 组件的回调函数。

// main.c

#include

#define DBG_TAG "main"

#define DBG_LVL DBG_LOG

#include

#include "led.h"

#include

int main(void)

{

time_t now;

now = time(RT_NULL); // 获取当前的系统时间

rt_kprintf("now time: %.*s", 25, ctime(&now)); // 打印系统时间

led_init();

while(1)

{

rt_thread_mdelay(1000);

}

return RT_EOK;

}

4.2 led.c

该文件初始化了两个 LED，其中一个作为心跳灯，在正常工作模式下心跳灯闪烁，在待机模式下心跳灯不会闪烁。

// led.c

#include

#include "rtdevice.h"

#include "board.h"

#define DBG_TAG "led.c"

#define DBG_LVL DBG_LOG

#include

// LED 引脚定义

#define LED0_RTT_PIN (GET_PIN(B, 1))

#define LED1_RTT_PIN (GET_PIN(B, 0))

#define LED_ON (0) // 低电平亮

#define LED_OFF (1) // 高电平熄灭

void led0_on(void)

{

rt_pin_write(LED0_RTT_PIN, LED_ON);

}

void led0_off(void)

{

rt_pin_write(LED0_RTT_PIN, LED_OFF);

}

void led1_on(void)

{

rt_pin_write(LED1_RTT_PIN, LED_ON);

}

void led1_off(void)

{

rt_pin_write(LED1_RTT_PIN, LED_OFF);

}

void led_thread_entry(void *parameter)

{

while(1)

{

led0_on();

rt_thread_mdelay(500);

led0_off();

rt_thread_mdelay(500);

}

void start_led_thread(void)

{

rt_thread_t tid;

tid = rt_thread_create("led_thread", led_thread_entry, RT_NULL, 1024, 10, 20);

rt_thread_startup(tid);

}

/* 初始化 LED */

void led_init(void)

{

rt_pin_mode(LED0_RTT_PIN, PIN_MODE_OUTPUT); // 配置为输出模式

rt_pin_mode(LED1_RTT_PIN, PIN_MODE_OUTPUT); // 配置为输出模式

led0_off();

led1_off();

start_led_thread();

}

4.4 wakeup_test.c

该文件写了进入 standby 模式的测试代码，并打印进入前后的 PM 组件的状态。

// wakeup_test.c

#include

int rtc_wakeup_test(void)

{

time_t now;

stm32_pmtim_start(5); // 5秒后唤醒

now = time(RT_NULL); // 获取当前的系统时间

rt_kprintf("%.*s", 25, ctime(&now)); // 打印系统时间

return 0;

}

MSH_CMD_EXPORT(rtc_wakeup_test, rtc_wakeup_test);

int standby_mode_test(void)

{

rtc_wakeup_test(); // 设置 RTC wakeup 时间

rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_STANDBY);

rt_pm_dump_status();

rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);

rt_pm_dump_status();

return 0;

}

MSH_CMD_EXPORT(standby_mode_test, standby_mode_test);

5 测试结果

测试结果的日志如下所示，对于运行结果的解释在结果中以注释的方式呈现。从结果中可以看到成功完成了 standby 模式的进入和 RTC wakeup 唤醒的过程。可以看到进入 standby 模式的系统时间和唤醒后打印的系统时间之间相差了 6 秒，考虑到必须等到空闲线程才能真正进入到 standby 模式，加上系统初始化耗费的时间，相差 6 秒表明测试结果和预期吻合。

| /

- RT - Thread Operating System

/ | 4.0.4 build Jun 10 2022 16:37:41

2006 - 2021 Copyright by rt-thread team

[I/drv.rtc] RTC hasn't been configured, please use command to config.

now time: Sat Jan 1 06:50:44 2000 // 打印进入 standby 模式时的系统时间

msh >

msh >standby_mode_test // standby 模式测试

Sat Jan 1 06:50:48 2000

| Power Management Mode | Counter | Timer |

+-----------------------+---------+-------+

| None Mode | 1 | 0 |

| Idle Mode | 0 | 0 |

| LightSleep Mode | 0 | 0 |

| DeepSleep Mode | 0 | 0 |

| Standby Mode | 1 | 0 | // 请求 standby 模式成功

| Shutdown Mode | 0 | 0 |

+-----------------------+---------+-------+

pm current sleep mode: None Mode // 当前处于 None 模式

pm current run mode: Normal Speed // 当前运行在 Normal Speed

+--------+------+------------+-----------+

| 0001 | 0 | 0x00000000 | 0x00000000 |

+--------+------+------------+-----------+

| Power Management Mode | Counter | Timer |

+-----------------------+---------+-------+

| None Mode | 0 | 0 | // 释放 None 模式成功

| Idle Mode | 0 | 0 |

| LightSleep Mode | 0 | 0 |

| DeepSleep Mode | 0 | 0 |

| Standby Mode | 1 | 0 |

| Shutdown Mode | 0 | 0 |

+-----------------------+---------+-------+

pm current sleep mode: Standby Mode // 当前处于 standby 模式，待运行到 IDLE 线程后，系统正式进入 standby 模式

pm current run mode: Normal Speed // 当前处运行在 Normal Speed

+--------+------+------------+-----------+

| 0001 | 0 | 0x00000000 | 0x00000000 |

+--------+------+------------+-----------+

msh >

| /

- RT - Thread Operating System

/ | 4.0.4 build Jun 10 2022 16:37:41

2006 - 2021 Copyright by rt-thread team

[I/drv.rtc] RTC hasn't been configured, please use command to config.

now time: Sat Jan 1 06:50:54 2000 // 唤醒后打印当前的系统时间

msh >

6 其他

6.1 RTC Alarm 唤醒

RTC Alarm 唤醒待机模式，可以参考文章 STM32F4 RTC-Alarm 的使用，使用时在 CubeMX 开启 RTC 和 Alarm 及其中断的功能即可，测试用例如下，使用时先开启 RTC Alarm 的功能，然后再进入 standby 模式便可进行测试，即在控制台分别依次输入命令 alarm_sample 和 standby_mode_test 。

// wakeup_tese.c

#include

#define DBG_TAG "wakeup_test.c"

#define DBG_LVL DBG_LOG

#include

static rt_alarm_t alarm = RT_NULL;

/* 闹钟的用户回调函数 */

void user_alarm_callback(rt_alarm_t alarm, time_t timestamp)

{

struct tm p_tm;

localtime_r(timestamp, &p_tm); // 时间戳转换

LOG_D("user alarm callback function.");

LOG_D("curr time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", p_tm.tm_year + 1900, p_tm.tm_mon + 1, p_tm.tm_mday, p_tm.tm_hour,

p_tm.tm_min, p_tm.tm_sec); // 打印闹钟中断产生时的时间，和设定的闹钟时间比对，以确定得到的是否是想要的结果

}

/* 闹钟示例 */

void alarm_sample(void)

{

time_t curr_time;

struct tm p_tm;

struct rt_alarm_setup setup;

curr_time = time(NULL) + 5; // 将闹钟的时间设置为当前时间的往后的 5 秒

localtime_r(&curr_time, &p_tm); // 将时间戳转换为本地时间，localtime_r 是线程安全的

LOG_D("now time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", p_tm.tm_year + 1900, p_tm.tm_mon + 1, p_tm.tm_mday, p_tm.tm_hour,

p_tm.tm_min, p_tm.tm_sec - 5); // 打印当前时间，其中秒应该减去 5,因为前面加了 5

setup.flag = RT_ALARM_ONESHOT; // 单次闹钟

setup.wktime.tm_year = p_tm.tm_year;

setup.wktime.tm_mon = p_tm.tm_mon;

setup.wktime.tm_mday = p_tm.tm_mday;

setup.wktime.tm_wday = p_tm.tm_wday;

setup.wktime.tm_hour = p_tm.tm_hour;

setup.wktime.tm_min = p_tm.tm_min;

setup.wktime.tm_sec = p_tm.tm_sec;

alarm = rt_alarm_create(user_alarm_callback, &setup); // 创建一个闹钟并设置回调函数

if (RT_NULL != alarm)

{

rt_alarm_start(alarm); // 启动闹钟

}

else

{

LOG_E("rtc alarm create failed");

}

rt_alarm_dump(); // 打印闹钟的信息

}

MSH_CMD_EXPORT(alarm_sample, alarm sample);

int rtc_wakeup_test(void)

{

time_t now;

stm32_pmtim_start(5); // 5秒后唤醒

now = time(RT_NULL); // 获取当前的系统时间

rt_kprintf("%.*s", 25, ctime(&now)); // 打印系统时间

return 0;

}

MSH_CMD_EXPORT(rtc_wakeup_test, rtc_wakeup_test);

6.2 wakeup 引脚唤醒（PA0）

StandBy 模式还可以由 WAKEUP(PA0) 引脚唤醒，本小节讲述当使用 WAKEUP(PA0) 引脚做唤醒源时的使用方法。

根据 STM32F4xx 的芯片手册（如上图所示），当开启了 RTC 相关中断后，必须先关闭 RTC 中断，再清中断标志位，然后重新设置 RTC 中断，再进入待机模式才可以正常唤醒，否则会有问题。所以需要添加对 RTC 中断的处理，本次将相关代码添加在文件 drv_pmtim.c 中，代码如下：
void clear_rtc_irq(void)
{
__HAL_RCC_AHB1_FORCE_RESET(); // 复位所有IO口
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); // 使能PWR时钟
//__HAL_RCC_BACKUPRESET_FORCE(); // 复位备份区域
//HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); // 后备区域访问使能
// STM32F4，当开启了RTC相关中断后，必须先关闭RTC中断，再清中断标志位，然后重新设置RTC中断，
// 再进入待机模式才可以正常唤醒，否则会有问题.
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&hrtc); // 关闭RTC写保护
// 关闭RTC相关中断，可能在RTC实验打开了
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_WUT);
__HAL_RTC_TIMESTAMP_DISABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_TS);
__HAL_RTC_ALARM_DISABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_ALRA | RTC_IT_ALRB);
// 清除RTC相关中断标志位
__HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_ALRAF | RTC_FLAG_ALRBF);
__HAL_RTC_TIMESTAMP_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_TSF);
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF);
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_ENABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_WUT);
__HAL_RTC_TIMESTAMP_ENABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_TS);
__HAL_RTC_ALARM_ENABLE_IT(&hrtc, RTC_IT_ALRA | RTC_IT_ALRB);
//__HAL_RCC_BACKUPRESET_RELEASE(); // 备份区域复位结束
__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&hrtc); // 使能RTC写保护
}
在文件 drv_pmhw_f4.c 中对进入待机模式的代码进行修改，修改后的代码如下：

case PM_SLEEP_MODE_STANDBY:
case PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN:
clear_rtc_irq(); // 清除 RTC 中断
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); // 清除 Wake_UP 标志
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); // 设置 WKUP 引脚用于唤醒 (PA0)
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(); // 进入待机模式
break;
待机模式的测试代码如下，测试时在命令行输入 standby_mode_test使开发板处于待机模式，然后按下 WAKEUP(PA0) 按键，唤醒开发板。

int standby_mode_test(void)
{
rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_STANDBY);
rt_pm_dump_status();
rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);
rt_pm_dump_status();
return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(standby_mode_test, standby_mode_test);

原作者：crystal266

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