FreeRTOS — 低功耗之睡眠模式，停机模式，待机模式

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低功耗是 MCU 的一项重要的指标，比如某些可穿戴的设备，其携带的电量有限，如果整个电路消耗的电量特别大的话，就会经常出现电量不足的情况，影响用户体验。 

STM32F103 睡眠模式介绍

说明：在 FreeRTOS 系统上面实现睡眠方式仅需了解这里讲解的知识基本就够用了，更多睡眠方式的知识请看 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：
 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)。
 停机模式(所有的时钟都已停止)。
 待机模式(1.8V 电源关闭)。 
如何进入睡眠模式
通过执行 WFI（等待中断）或 WFE（等待事件）指令进入睡眠状态。根据 Cortex™-M3 系统控制寄存器中的 SLEEPONEXIT 位的值，可以通过两种方案选择睡眠模式进入机制：
 SLEEP-NOW：如果 SLEEPONEXIT 位被清除，当 WFI 或 WFE 被执行时，微控制器立即进入睡眠模式。
 SLEEP-ON-EXIT：如果 SLEEPONEXIT 位被置位，系统从最低优先级的中断处理程序中退出时，微控制器就立即进入睡眠模式。
实际应用中我们采用 WFI 指令进入睡眠模式，睡眠模式的进入机制是采用的 SLEEP-NOW。 因为系统复位上电后 SLEEPONEXIT 位是被清除的，所以这个位也不需要专门的去设置。 另外在睡眠模式下，所
有的 I/O 引脚都保持它们在运行模式时的状态。
在 FreeRTOS 系统上，不使用 tickless 低功耗模式的话，我们可以将 WFI 指令放到空闲任务里面实现。 不过，既然有了 tickless 模式，基本就不需要采用这种方法了。 
如何退出睡眠模式
由于我们是采用指令 WFI 进入睡眠模式，那么任意一个被嵌套向量中断控制器 NVIC 响应的外设中断都能将系统从睡眠模式唤醒。并且该模式唤醒所需的时间最短，因为没有时间损失在中断的进入或退出上。
在 FreeRTOS 系统上，主要是周期性执行的系统滴答定时器中断会将系统从睡眠态唤醒，当然，其它的任意中断也可以将其从睡眠态唤醒。 

STM32F4xx 睡眠模式介绍

说明：本小节的内容含 STM32F407 和 STM32F429，在 FreeRTOS 系统上面实现睡眠方式仅需了解这里讲解的知识基本就够用了，更多睡眠方式的知识请看 STM32F4xx 参考手册和 Cortex-M4 权威指南。

默认情况下，系统复位或上电复位后，微控制器进入运行模式。在运行模式下，CPU 通过 HCLK 提供时钟，并执行程序代码。系统提供了多个低功耗模式，可在 CPU 不需要运行时（例如等待外部事件时）
节省功耗。由用户根据应用选择具体的低功耗模式，以在低功耗、短启动时间和可用唤醒源之间寻求最佳平衡。

STM32F4xx 有三个低功耗模式：
 睡眠模式（Cortex™-M4F 内核停止，外设保持运行）
 停机模式（所有时钟都停止）
 待机模式（1.2 V 域断电） 

如何进入睡眠模式

执行 WFI（等待中断）或 WFE（等待事件）指令即可进入睡眠模式。根据 Cortex™-M4F 系统控制寄存器中 SLEEPONEXIT 位的设置，可以通过两种方案选择睡眠模式进入机制：

 立即睡眠：如果 SLEEPONEXIT 位清零， MCU 将在执行 WFI 或 WFE 指令时立即进入睡眠模式
 退出时睡眠：如果 SLEEPONEXIT 位置 1，MCU 将在退出优先级最低的 ISR 时立即进入睡眠模式。 

实际应用中我们采用 WFI 指令进入睡眠模式，睡眠模式的进入机制是采用的立即睡眠。 因为系统复位上电后 SLEEPONEXIT 位是被清除的，所以这个位也不需要专门的去设置。 另外在睡眠模式下，所有的 I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。
在 FreeRTOS 系统上，不使用 tickless 低功耗模式的话，我们可以将 WFI 指令放到空闲任务里面实现。 不过，既然有了 tickless 模式，基本就不需要采用这种方法了。 

如何退出睡眠模式

由于我们是采用指令 WFI 进入睡眠模式，那么任意一个被嵌套向量中断控制器 NVIC 响应的外设中断都能将系统从睡眠模式唤醒。并且该模式唤醒所需的时间最短，因为没有时间损失在中断的进入或退出上。
在 FreeRTOS 系统上，主要是周期性执行的系统滴答定时器中断会将系统从睡眠态唤醒，当然，其它的任意中断也可以将其从睡眠态唤醒。 

低功耗模式的调试支持

要进入低功耗模式需要调用指令 WFI 或 WFE。
STM32 支持多个低功耗模式，这些模式可以禁止 CPU 时钟或降低 CPU 功耗。 内核不允许在调试期间关闭 FCLK 或 HCLK，因为调试期间需要使用它们进行调试连接，因此必须保持激活状态。 STM32 集
成了特殊方法，允许用户在低功耗模式下调试软件。 为实现这一功能，调试器必须先设置一些配置寄存器来改变低功耗模式的特性。

 在睡眠模式下，调试器必须先置位 DBGMCU_CR 寄存器的 DBG_SLEEP 位。这将为 HCLK 提供与FCLK(由代码配置的系统时钟)相同的时钟。

　　调用库函数：DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP, ENABLE);即可

 在停机模式下，调试器必须先置位 DBG_STOP 位。这将激活内部 RC 振荡器，在停止模式下为 FCLK和 HCLK 提供时钟。

　　调用库函数：DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);即可 

如何有效降低睡眠模式下的功耗

设计低功耗主要从以下几方面着手：
 关闭可以关闭的外设时钟。
 降低系统主频。
 注意 I/O 的状态，因为睡眠模式下，所有的 I/O 引脚都保持它们在运行模式时的状态。
 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。 
 注意 I/O 和外设 IC 的连接。
 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。 

 

 FreeRTOS — 低功耗之停机模式

STM32F103 如何进入停机模式

 

在 FreeRTOS 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。

 

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。

 

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：
 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。
 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。

 

STM32F4xx 如何进入停机模式

 

在 FreeRTOS 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 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,否则停机模式的进入流程将会被跳过，程序继续运行。

 

STM32F4xx 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。

 

STM32F4xx 使用停机模式注意事项

 

使用停机模式注意以下两个问题：
 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。
 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。

 

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：
 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。
 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。
 注意 I/O 和外设 IC 的连接。
 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。 

 

F429关于低功耗的停机模式说明：

 

(1) 停机模式是在 Cortex-M4F 的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制，在停机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 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。
(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机模式时， 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。 

 

FreeRTOS — 低功耗之待机模式

待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在 Cortex-M3 深睡眠模式时关闭电压调节器。整个 1.8V 供电区域被断电。PLL、HSI 和 HSE 振荡器也被断电。SRAM 和寄存器内容丢失，只有备份的寄存器和待机电路维持供电。

 

STM32F103 如何进入待机模式

在 FreeRTOS 系统中，让 STM32 进入待机模式比较容易，调用固件库函数PWR_EnterSTANDBYMode 即可。

STM32F103 如何退出待机模式

让 STM32 从待机模式唤醒可以通过外部复位(NRST 引脚)、IWDG 复位、WKUP 引脚上的上升沿或RTC 闹钟事件的上升沿。从待机唤醒后，除了电源控制/状寄存器，所有寄存器被复位。
从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行。电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。

在开发板上面是通过 K2 按键来唤醒，K2 按键使用的引脚就是 WKUP 引脚。

STM32F103 使用待机模式注意事项

待机模式要注意以下问题：
 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。

STM32F4xx待机模式介绍

待机模式下可达到最低功耗。待机模式基于 Cortex™-M4F 深度睡眠模式，其中调压器被禁止，因此 1.2 V 域断电。PLL、HSI 振荡器和 HSE 振荡器也将关闭。除备份域 RTC寄存器、RTC 备份寄存器和备份 SRAM 和待机电路中的寄存器外，SRAM 和寄存器内容都将丢失。

 STM32F4xx 如何进入待机模式

在 FreeRTOS 系统中，让 STM32 进入待机模式比较容易，调用固件库函数PWR_EnterSTANDBYMode 即可。

STM32F4xx 如何退出待机模式

让 STM32 从待机模式唤醒可以通过外 WKUP 引脚上升沿、RTC 闹钟（闹钟 A 和闹钟 B）、RTC 唤醒事件、RTC 入侵事件、RTC 时间戳事件、NRST 引脚外部复位和 IWDG 复位，唤醒后除了电源控制/状寄存器，所有寄存器被复位。
从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行。电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。

早期工程版本是通过 引脚 PC13 检测 RTC 的入侵事件进行唤醒，实际测试发现问题较多。

本实验将其改为复位按键进行唤醒，可以这么做是因为系统进入到待机模式后，被唤醒后系统的执行过程等同于进行复位。

 STM32F4xx 使用待机模式注意事项

待机模式要注意以下问题：
 将选择的待机模式唤醒源（RTC 闹钟 A、RTC 闹钟 B、RTC 唤醒、RTC 入侵或 RTC 时间戳标志）对应的 RTC 标志清零，防止无法正常进入待机模式。
 待机模式下的 I/O 状态
 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）。