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低功耗是MCU的一项非常重要的指标,本章节为大家讲解STM32F103和STM32F407的低功耗方式之停机模式在RTX操作系统上面的实现方法(RTX本身支持的tickless低功耗模式在第24章节讲解) 本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407。 22.1 STM32F103停机模式介绍 22.2 STM32F407停机模式介绍 22.3 如何有效降低停机模式下的功耗 22.4 实验例程说明 22.5 总结 22.1 STM32F103停机模式介绍 说明:在RTX系统上面实现停机方式仅需了解这里讲解的知识基本就够用了,更多停机方式的知识请看STM32F103参考手册和Cortex-M3权威指南。 在系统或电源复位以后,微控制器处于运行状态。当CPU不需继续运行时,可以利用多种低功耗模式来节省功耗,例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件,选定一个最佳的低功耗模式。 STM32F103有三种低功耗模式: u 睡眠模式(Cortex™-M3内核停止,所有外设包括Cortex-M3核心的外设,如NVIC、系统滴答定时器Systick等仍在运行)。 u 停机模式(所有的时钟都已停止)。 u 待机模式(1.8V电源关闭)。 本章节我们主要讲解停机模式,停机模式是在Cortex™-M3的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制,在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.8V供电区域的的所有时钟都被停止, PLL、 HSI和HSE RC振荡器的功能被禁止, SRAM和寄存器内容被保留下来。在停止模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 在实际的停机模式编程时需要清楚哪些问题呢? 请继续往下看。 |
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2.1.1 STM32F103如何进入停机模式
在RTX系统中,让STM32进入停机模式比较容易,调用固件库函数PWR_EnterSTOPMode即可,不过要注意:为了进入停机模式,所有的外部中断的请求位(挂起寄存器(EXTI_PR))和RTC的闹钟标志都必须被清除,否则停止模式的进入流程将会被跳过,程序继续运行。 22.1.2 STM32F103如何退出停机模式 由于我们是采用指令WFI指令进入停机模式,那么设置任一外部中断线EXTI为中断模式并且在NVIC中必须使能相应的外部中断向量,就可以使用此中断唤醒停机模式。 在开发板上面是将实体按键K2对应的引脚设置为中断方式触发。按下此按键会将系统从停机模式唤醒。 22.1.3 STM32F103使用停机模式注意事项 使用停机模式注意以下两个问题: u 进入停机模式前,一定要关闭滴答定时器,实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。 u 当一个中断或唤醒事件导致退出停机模式时,HSI RC振荡器被选为系统时钟。这个时候用户要根据需要重新配置时钟,如果使用的HSE时钟,那么要重新配置并使能HSE和PLL。 |
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22.2 STM32F407停机模式介绍
说明:在RTX系统上面实现停机方式仅需了解这里讲解的知识基本就够用了,更多停机方式的知识请看STM32F407参考手册和Cortex-M4权威指南。 在系统或电源复位以后,微控制器处于运行状态。当CPU不需继续运行时,可以利用多种低功耗模式来节省功耗,例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件,选定一个最佳的低功耗模式。 STM32F407有三种低功耗模式: u 睡眠模式(Cortex™-M4内核停止,所有外设包括Cortex-M4核心的外设,如NVIC、系统滴答定时器Systick等仍在运行)。 u 停止模式(所有的时钟都已停止)。 u 待机模式(1.2V电源关闭)。 本章节我们主要讲解停机模式,停机模式基于Cortex™-M4F深度睡眠模式与外设时钟门控。调压器既可以配置为正常模式,也可以配置为低功耗模式。在停止模式下,1.2 V域中的所有时钟都会停止, PLL、 HSI和HSE RC振荡器也被禁止。内部SRAM和寄存器内容将保留。在停止模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 在实际的停机模式编程时需要清楚那些问题呢? 请继续往下看。 22.2.1 STM32F407如何进入停机模式 在RTX系统中,让STM32进入停机模式比较容易,调用固件库函数PWR_EnterSTOPMode即可, 不过要注意:为了进入停止模式,所有EXTI线挂起位(在挂起寄存器 (EXTI_PR)中)、RTC闹钟(闹钟 A和闹钟B)、RTC唤醒、RTC入侵和RTC时间戳标志必须复位,否则停止模式的进入流程将会被跳过,程序继续运行。 |
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22.2.2 STM32F407如何退出停机模式
由于我们是采用指令WFI指令进入停机模式,那么设置任一外部中断线EXTI为中断模式并且在NVIC中必须使能相应的外部中断向量,就可以使用此中断唤醒停机模式。 在开发板上面是将实体按键K2对应的引脚设置为中断方式触发。按下此按键会将系统从停机模式唤醒。 22.2.3 STM32F407使用停机模式注意事项 使用停机模式注意以下两个问题: u 进入停机模式前,一定要关闭滴答定时器,实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。 u 当一个中断或唤醒事件导致退出停机模式时,HSI RC振荡器被选为系统时钟。这个时候用户要根据需要重新配置时钟,如果使用的HSE时钟,那么要重新配置并使能HSE和PLL。 |
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22.3 如何有效降低停机模式下的功耗
设计低功耗主要从以下几方面着手: u 注意I/O的状态。因为在停机状态下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 l 如果此I/O口带上拉,请设置为高电平输出或者高阻态输入。 l 如果此I/O口带下拉,请设置为低电平输出或者高阻态输入。 u 注意I/O和外设IC的连接。 u 测试低功耗的时候,一定不要连接调试器,更不能边调试边测电流。 |
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22.4 实验例程说明
22.4.1 STM32F103开发板实验 配套例子: V4-422_RTX实验_低功耗(停机模式) 实验目的: 1. 学习RTX实验低功耗(停机模式)。 2. 通过函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP,ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。 实验内容: 1.K1按键按下,串口打印。 2.K2按键按下将系统从停机模式模式恢复。 3.K3按键按下让系统进入停机模式。 4.各个任务实现的功能如下: AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,这里实现LED闪烁。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 5.关于低功耗的停机模式说明: (1) 停止模式是在Cortex-M3的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制,在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.8V供电区域的的所有时钟都被停止,PLL、HIS和HSE的RC振荡器的功能被禁止,SRAM和寄存器内容被保留下来。 (2) 在停止模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 (3) 一定要关闭滴答定时器,实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。 (4) 当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时,HSI RC振荡器被选为系统时钟。 (5) 退出低功耗的停机模式后,需要重新配置使用HSE。 6.实际项目中推荐采用官方的tickless模式。 |
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设计低功耗主要从以下几个方面着手:
1. 用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件,选定一个最佳的低功耗模式可以使用的低功耗方式有休眠模式,待机模式,停机模式。 2. 选择了低功耗方式后就是关闭可以关闭的外设时钟。 3. 降低系统主频。 4. 注意I/O的状态。 如果此I/O口带上拉,请设置为高电平输出或者高阻态输入; 如果此I/O口带下拉,请设置为低电平输出或者高阻态输入; a.在睡眠模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 b.在停机模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 c.在待机模式下,所有的I/O引脚处于高阻态,除了以下的引脚: ● 复位引脚(始终有效) ● 当被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚 ● 被使能的唤醒引脚 5.注意I/O和外设IC的连接。 6.测低功耗的时候,一定不要连接调试器,更不能边调试边测电流。 |
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RTX配置:
RTX配置向导详情如下: u Task Configuration l Number of concurrent running tasks 允许创建4个任务,实际创建了如下四个任务: AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 l Number of tasks with user-provided stack 创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。 |
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程序设计:
u 任务栈大小分配: staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8]; /* 任务栈 */ 将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的,8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话,部分C语言库函数,浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。 u 系统栈大小分配: |
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外设初始化:
注意新加的函数初始化函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。 复制代码 /* /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化硬件设备。只需要调用一次。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。 * 全局变量。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 保证停机模式下调试器继续可以连接使用 */ DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE); /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitLed(); /* 初始LED指示灯端口 */ bsp_InitKey(); /* 初始化按键 */ } |
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RTX初始化:
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: 标准c程序入口。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ int main (void) { /* 初始化外设 */ bsp_Init(); /* 创建启动任务 */ os_sys_init_user (AppTaskStart, /* 任务函数 */ 4, /* 任务优先级 */ &AppTaskStartStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ while(1); } |
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RTX任务创建:
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskCreate * 功能说明: 创建应用任务 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void AppTaskCreate (void) { HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF, /* 任务函数 */ 1, /* 任务优先级 */ &AppTaskUserIFStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED, /* 任务函数 */ 2, /* 任务优先级 */ &AppTaskLEDStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskLEDStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro, /* 任务函数 */ 3, /* 任务优先级 */ &AppTaskMsgProStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ } |
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K2按键用来将系统从停机模式唤醒,配置如下(在文件bsp_key.c文件):
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TouchInterrupt_Configuration * 功能说明: 停机模式唤醒按键 * 形 参:无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void bsp_InitKeyStopMODE(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); /* 配置引脚 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_PIN_K2; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIO_PORT_K2, &GPIO_InitStructure); GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0); /* 配置外部中断事件 */ EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); /* 16个抢占式优先级,0个响应式优先级 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 15; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } /* 中断服务程序,在文件stm32f10x_it.c里面实现*/ /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: EXTI0_IRQHandler * 功能说明: 外部中断服务程序 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void EXTI0_IRQHandler (void) { if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) { EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); /* 清除中断标志位 */ } } |
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22.4.2 STM32F407开发板实验
配套例子: V5-422_RTX实验_低功耗(停机模式) 实验目的: 1. 学习RTX实验低功耗(停机模式)。 2. 通过函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP,ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。 实验内容: 1.K1按键按下,串口打印。 2.K2按键按下将系统从停机模式模式恢复。 3.K3按键按下让系统进入停机模式。 4.各个任务实现的功能如下: AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,这里实现LED闪烁。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 5.关于低功耗的停机模式说明: (1) 停止模式是在Cortex-M4F的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制,在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.2V供电区域的的所有时钟都被停止,PLL、HSI和HSE RC振荡器的功能被禁止,SRAM和寄存器内容被保留下来。 (2) 在停止模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 (3) 一定要关闭滴答定时器,实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。 (4) 当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时,HSIRC振荡器被选为系统时钟。 (5) 退出低功耗的停机模式后,需要重新配置使用HSE。 6.实际项目中推荐采用官方的tickless模式。 |
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设计低功耗主要从以下几个方面着手:
1. 用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件,选定一个最佳的低功耗模式可以使用的低功耗方式有休眠模式,待机模式,停机模式。 2. 选择了低功耗方式后就是关闭可以关闭的外设时钟。 3. 降低系统主频。 4. 注意I/O的状态。 如果此I/O口带上拉,请设置为高电平输出或者高阻态输入; 如果此I/O口带下拉,请设置为低电平输出或者高阻态输入; a.在睡眠模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 b.在停机模式下,所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 c.在待机模式下,所有的I/O引脚处于高阻态,除了以下的引脚: ● 复位引脚(仍可用)。 ● RTC_AF1引脚 (PC13)(如果针对入侵、时间戳、RTC闹钟输出或RTC时钟校准输出进行了配置)。 ● WKUP引脚 (PA0)(如果使能)。 5.注意I/O和外设IC的连接。 6.测低功耗的时候,一定不要连接调试器,更不能边调试边测电流。 |
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RTX配置:
RTX配置向导详情如下: u Task Configuration l Number of concurrent running tasks 允许创建4个任务,实际创建了如下四个任务: AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 l Number of tasks with user-provided stack 创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。 |
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RTX配置:
RTX配置向导详情如下: u Task Configuration l Number of concurrent running tasks 允许创建4个任务,实际创建了如下四个任务: AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 l Number of tasks with user-provided stack 创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。 |
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程序设计:
u 任务栈大小分配: staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8]; /* 任务栈 */ 将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的,8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话,部分C语言库函数,浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。 u 系统栈大小分配: |
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