【瑞萨RA2L1入门学习】05、待机模式按键外部中断唤醒低功耗测试

*附件：05_Low-Power-Mode-Btn-Wakeup.zip

1 前言

本次实验的目标是设置低功耗模式，并配置按键中断唤醒。为之后整个项目核心——低功耗做前期准备工作。

2 硬件部分

2.1 外部中断 ICU

ICU是中断控制单元Interrupt Controller Unit。

中断控制器单元（ICU）控制着一些事件发出的信号，从而链接到嵌套矢量中断控制器（NVIC）、DMA控制器（DMAC）和数据传输控制器（DTC）模块。ICU还控制着不可屏蔽的中断。所以可以说围绕着 ICU 的有四个部分：NVIC、DMAC、DTC和NMI。

当中断来临的时候会最先经过IRQ寄存器，IRQ寄存器检测到中断的时候，会向中央处理嵌套向量中断控制器NVIC发送中断信号，当NVIC检测到中断请求的时候，会将相应的中断服务函数进行挂起。之后将运行的八个寄存器进行压栈，压栈完成之后将中断服务程序进行激活。之后将原先压栈的寄存器取出，继续运行之前的程序。

2.2 电源管理——低功耗模式

在很多应用场合中都对电子设备的功耗要求非常苛刻，如某些传感器信息采集设备，仅靠小型的电池提供电源，要求工作长达数年之久，且期间不需要任何维护；由于智慧穿戴设备的小型化要求，电池体积不能太大导致容量也比较小，所以也很有必要从控制功耗入手，提高设备的续行时间。因此，RA芯片有专门管理设备的运行模式，确保系统正常运行，并尽量降低器件的功耗。

RA2L1支持3种低功耗模式：睡眠模式（Sleep Mode）、软件待机模式（Software Standby Mode）、贪睡模式（Snooze Mode）

2.2.1 睡眠模式

上电时，默认的低功耗模式即睡眠模式。睡眠模式是最方便的低功耗模式，它不需要任何额外的配置，只需要配置好用于唤醒的中断源。在睡眠模式下，SRAM、处理寄存器和外设状态都会被保留，片上外设可以继续工作，进入睡眠模式以及从睡眠模式唤醒所消耗的时间都是极少的。 任何中断或者复位都会将MCU从睡眠模式下唤醒，并开始处理中断，这也包括Systick系统计时器，因此读者如果用到了RTOS，进入睡眠模式前需要暂停Systick。

2.2.2 软件待机模式

在软件待机模式下，CPU以及大部分片上外设功能和所有内部晶振都停止工作。但是会保留CPU内部寄存器和SRAM数据的内容，片上外设以及IO口的状态。软件待机模式可以显著降低功耗，因为大多数振荡器在这种模式下停止。与睡眠模式一样，待机模式需要配置一个中断，并使用它来唤醒MCU。退出软件待机模式时，所有内部晶振都会被启动，待所有晶振稳定后，MCU返回正常模式。

2.2.3 贪睡模式

贪睡模式与软件待机模式相似，但是在贪睡模式下，可以运行很多核心外设和所有时钟，可以执行一些比较简单的任务，与软件待机模式相比，贪睡模式可以实现更加灵活的低功耗配置。

3 软件部分

将先前03_RTC工程复制一份，重命名为05_Low-Power-Mode-Btn-Wakeup。

3.1 配置按键外部中断

从开发板的原理图可以得知，用户按键接在P015引脚上，而其对应的中断请求(IRQ)通道为IRQ7

序号	操作
1	点击界面下方标签栏中的`Pins`标签，进入引脚配置界面。
2	在`Pin Selection`区域，展开`Input:ICU`选项，选择`ICU0`。
3	在`Pin Configuration`区域，将`Operation Mode`设置为`Enabled`，勾选`IRQ07`对应的`P015`引脚。

序号	操作
1	点击界面下方标签栏中的`Stacks`标签，进入堆栈配置页面。
2	在`HAL/Common Stacks`区域，点击`New Stack`按钮。
3	在弹出菜单中，选择`Input`选项下的`External IRQ (r_icu)`。

序号	操作
1	在下方`Settings`设置区域的`Module g_external_irq7 External IRQ (r_icu)`部分，设置`Name`为`g_external_irq7`，`Channel`为`7`。
2	`Module g_external_irq7 External IRQ (r_icu)`部分，设置`Callback`为`key_irq_callback`，`Pin Interrupt Priority`为`Priority 2`。

3.2 配置低功耗模式

序号	操作
1	点击界面下方标签栏中的`Stacks`标签，进入堆栈配置页面。
2	在`HAL/Common Stacks`区域，点击`New Stack`按钮。
3	在`Power`子菜单中，选择`Low Power Modes (r_lpm)`。

序号	操作
1	在下方`Settings`设置区域的`Module g_lpm0 Low Power Modes (r_lpm)`部分，设置`Name`为`g_lpm0`。
2	在`Settings`设置区域的`Module g_lpm0 Low Power Modes (r_lpm)`部分，将`Low Power Mode`设置为`Software Standby mode`。
3	`Module g_lpm0 Low Power Modes (r_lpm)` - `Wake Sources`部分，勾选`IRQ7`。

3.3 编写代码

3.3.1 按键中断

新建irq.h
::: details 查看代码

#ifndef IRQ_H_
#define IRQ_H_
#include "hal_data.h"
void IRQ_Init();
extern volatile bool key_pressed;
#endif

:::

新建irq.c
::: details 查看代码

#include "irq.h"
#include "hal_data.h"

volatile bool key_pressed = false;
void key_irq_callback(external_irq_callback_args_t *p_args)
{
    key_pressed = true;
}
void IRQ_Init()
{
    g_external_irq7.p_api->open(&g_external_irq7_ctrl, &g_external_irq7_cfg);
    g_external_irq7.p_api->enable(&g_external_irq7_ctrl);
}

:::
在irq.c文件中定义了初始化函数IRQ_Init，并实现按键中断回调函数key_irq_callback。

3.3.2 低功耗模式

新建lpm.h
::: details 查看代码

#ifndef LPM_H_
#define LMP_H_
#include "hal_data.h"
extern volatile bool in_LPM;
void LPM_Init();
void EnterLowPowerMode();
#endif

:::

新建lpm.c
::: details 查看代码

#include "lpm.h"
#include "hal_data.h"

volatile bool in_LPM = true;  // 在低功耗模式的标志位 防止用按键唤醒了又立即进待机
void LPM_Init()
{
    g_lpm0.p_api->open(&g_lpm0_ctrl, &g_lpm0_cfg);
}

void EnterLowPowerMode()
{
    if(!in_LPM){
        printf("进入低功耗模式\n");
        in_LPM = true;
        g_lpm0.p_api->lowPowerModeEnter(&g_lpm0_ctrl);
    }
}

:::
EnterLowPowerMode是进入低功耗模式的函数，LPM_Init是初始化低功耗模式的。

3.3.3 修改hal_entry.c

hal_entry函数之前
::: details 查看代码

#include "hal_data.h"
#include "debug_bsp_uart.h"
#include "rtc.h"
#include "irq.h"
#include "lpm.h"
rtc_time_t get_time;

:::

在hal_entry函数内添加
::: details 查看代码

Debug_UART9_Init(); // SCI9 UART 调试串口初始化
    RTC_Init();
    IRQ_Init();
    LPM_Init();
    while (1)
    {
        if (key_pressed)
        {
            key_pressed = false;
            if(!in_LPM){
                EnterLowPowerMode();
                printf("退出待机模式\n");
            }
            else{
                in_LPM = false;
            }
        }
        if (rtc_flag)
        {
            g_rtc0.p_api->calendarTimeGet(&g_rtc0_ctrl, &get_time); // 获取 RTC 计数时间
            rtc_flag = 0;
            printf("%d年%d月%d日 %d:%d:%d\n",
                   get_time.tm_year + 1900, get_time.tm_mon + 1, get_time.tm_mday,
                   get_time.tm_hour, get_time.tm_min, get_time.tm_sec);
        }
        if (uart_rx_complete_flag)
        {
            char *time;
            uart_rx_complete_flag = 0;
            // 解析设置时间的命令 e.g: time:20250126080910
            // warning: 未添加错误纠正算法，请输入正确的时间，否则工作异常！
            if (strncmp(rx_data, "time:", 5) == 0)
            {
                time = rx_data + 5;
                set_time.tm_year = ((time[0] - '0') * 1000) + ((time[1] - '0') * 100) +
                                   ((time[2] - '0') * 10) + (time[3] - '0') - 1900;
                set_time.tm_mon = ((time[4] - '0') * 10) + (time[5] - '0') - 1;
                set_time.tm_mday = ((time[6] - '0') * 10) + (time[7] - '0');
                set_time.tm_hour = ((time[8] - '0') * 10) + (time[9] - '0');
                set_time.tm_min = ((time[10] - '0') * 10) + (time[11] - '0');
                set_time.tm_sec = ((time[12] - '0') * 10) + (time[13] - '0');
                g_rtc0.p_api->calendarTimeSet(&g_rtc0_ctrl, &set_time);
            }
        }
    }