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. i0 f7 `1 Z" T4 q/ a

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【安富莱】【RTX操作系统教程】 【RTX操作系统教程】第21ç«  RTX低功耗之睡眠模式.pdf (677.63 KB, 下载次数: 14)

2016-2-4 16:43 上传

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第21章    RTX低功耗之睡眠模式

   低功耗是MCU的一项非常重要的指标，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。

    本章节为大家讲解STM32F103和STM32F407的低功耗方式之睡眠模式在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。

21.1 STM32F103睡眠模式介绍

21.2 STM32F407睡眠模式介绍

21.3 低功耗模式的调试支持

21.4 如何有效降低休眠模式下的功耗

21.5 实验例程说明

21.6      总结

+ E' a! c1 A4 S% I/ J

21.1  STM32F103睡眠模式介绍

    说明：在RTX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：

    （1）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)。

    （2）停止模式(所有的时钟都已停止)。

    （3）待机模式(1.8V电源关闭)。

    本章节我们主要讲解睡眠模式，而在实际的睡眠模式编程时我需要清楚那些问题呢？请继续往下看。

8 C: ?' G0 e5 i. i21.1.1  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，有两种选项可用于选择睡眠模式进入机制：

（1）SLEEP-NOW：如果SLEEPONEXIT位被清除，当WRI或WFE被执行时，微控制器立即进入睡眠模式。

（2）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。

    小结：本章节配套的睡眠例子我们采用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，所有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RTX系统上，我们可以将WFI指令放到空闲任务里面实现。

21.1.2  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RTX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休眠态唤醒。

4 t" }) d3 N: f0 J! ?3 a; n6 c% K& D% i

21.2 STM32F407睡眠模式介绍

    说明：在RTX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STM32F407参考手册和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。STM32F407有三个低功耗模式：

（1）睡眠模式（Cortex™-M4F 内核停止，外设保持运行）

（2）停止模式（所有时钟都停止）

（3）待机模式（1.2 V 域断电）

    本章节我们主要讲解睡眠模式，而在实际的休眠模式编程时我需要清楚那些问题呢？请继续往下看。

21.2.1 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：

（1）立即休眠：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。

（2）退出时休眠：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。

    小结：本章节配套的休眠例子我们采用WFI指令进入睡眠模式，睡眠模式的进入机制是采用的立即休眠。因为系统复位上电后SLEEPONEXIT位是被清除的，所有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RTX系统上，我们可以将WFI指令放到空闲任务里面实现。

21.2.2 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RTX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休眠态唤醒。

  _. T4 p/ {5 u: k9 o

21.3 低功耗模式的调试支持

    使用WFI和WFE可以进入低功耗模式。

    MCU支持多种低功耗模式，分别可以关闭CPU时钟，或降低CPU的能耗。内核不允许在调试期间关闭FCLK或HCLK。这些时钟对于调试操作是必要的，因此在调试期间，它们必须工作。MCU使用一种特殊的方式，允许用户在低功耗模式下调试代码。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。

（1）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

（2）在停止模式下，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。

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

21.4 如何有效降低休眠模式下的功耗

设计低功耗主要从以下几方面着手：

    1.  关闭可以关闭的外设时钟。

    2.  降低系统主频。

    3.  注意I/O的状态，因为休眠模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

       （1）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。

       （2）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。

    4.  注意I/O和外设IC的连接。

    5.  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。

21.5 实验例程说明
21.5.1 STM32F103开发板实验

配套例子：

    V4-421_RTX实验_低功耗（睡眠模式）

实验目的：

    1.     学习RTX实验低功耗（睡眠模式）。

    2.     通过函数DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP,ENABLE);保证睡眠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键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro。

      任务AppTaskMsgPro接收到消息后进行消息处理。

    3.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，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号。

    AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

    4.关于低功耗的说明：

      (1) STM32F10x有三种低功耗模式：

      a.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、系统时钟(SysTick)等仍在运行)

      b.停止模式(所有的时钟都已停止)

      c.待机模式(1.8V电源关闭)

      (2) 通过指令__WFI进入休眠模式，可以通过任意中断唤醒。

      (3) 降低系统主频或者关闭外设时钟也可有效降低系统功耗。

      (4) 进入低功耗状态前，设置使用的I/O引脚不产生拉电流和灌电流也可有效降低功耗。

    5. 本例程的低功耗实现方法是在空闲任务中调用__WFI指令来进入低功耗模式。未做关闭外设时钟和设置I/O引脚处理。在文件RTX_Conf_CM.C文件中的函数os_idle_demon里面调用函数__WFI。

    6.实际项目中推荐采用官方的tickless模式。

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。

     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。

RTX配置：

    RTX配置向导详情如下：

                              

Task Configuration

    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。

    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。

RTX任务调试信息：

    在休眠模式下，无法动态的查看任务的调试信息。下面的是单步调试时状态查看：

程序设计：

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 */

    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。

系统栈大小分配：

外设初始化：

    注意新加的函数初始化函数DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP, ENABLE);保证睡眠模式下调试器正常连接使用。

1. /*
   
2. /*
   
3. *********************************************************************************************************
   
4. *        函 数 名: bsp_Init
   % ], a0 @; f8 q- h
5. *        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。
   
6. *                         全局变量。
   
7. *        形    参: 无
   
8. *        返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    
11. void bsp_Init(void)
    ' J, O4 O9 E- S+ x( o
12. {
    
13.         /* 保证睡眠模式下调试器继续可以连接使用 */
    
14.         DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP, ENABLE);
    
15.        
      r4 ~: i+ \* y& Q
16.         /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */
    
17.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    
18. 
    
19.         bsp_InitUart();         /* 初始化串口 */
    
20.         bsp_InitLed();                 /* 初始LED指示灯端口 */
    # x( I8 _+ V. J( `" q$ s
21.         bsp_InitKey();                /* 初始化按键 */
    * n4 D- ?9 I4 i- @3 t
22. }
    

复制代码

1 ]  }0 n1 ?6 p: n! Y' ~7 o  S! a

RTX初始化：

1. /*
   ! p+ {: ^8 z. n) {
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: main
   # N) K5 y  ?: k1 W3 u- v+ [
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   & x* \. z& k" ]* d) b
8. */
   0 y4 B0 g% B8 s# a* }
9. int main (void)
   5 r3 j1 `9 T- T* G4 c
10. {   
    
11.      /* 初始化外设 */
    
12.      bsp_Init();
    % U" k! c3 c5 i
13.    
    
14.      /* 创建启动任务 */
    
15.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
    - H9 o5 p% a7 P* u( s+ R
16.                        4,                        /* 任务优先级 */
    
17.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
    
18.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
19.      while(1);
    # R, R- E# ?$ q, @% m( _$ m* y
20. }

复制代码

RTX任务创建：

1. /*
   ! T9 N! \: t' i
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: AppTaskCreate
   
4. *    功能说明: 创建应用任务
   % y1 w& |8 O3 m$ s; l4 L
5. *    形    参: 无
   0 e( M' Q9 e6 J1 e2 [
6. *    返 回 值: 无
   8 [- J: E0 T8 x; A; n7 z4 U% Y
7. *********************************************************************************************************
   ! @' P9 z+ i* B$ Y) G2 G
8. */
     T- ]/ V4 t( }
9. static void AppTaskCreate (void)
   * H8 r' ]' R* j4 X
10. {
    ! I- \- h$ w7 B, a9 F( {5 d
11.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
    6 S1 }# Q: j, R% W9 W6 l+ {
12.                                            1,                         /* 任务优先级 */
    2 {( C' s  c- T
13.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
    ) e7 _# K. A) E0 q- M& e$ [- ]
14.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    # @0 H( ]' u5 a& r
15.    
    7 k* j: @8 M0 t, a. e2 Q9 a
16.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
    . E- D& d7 g2 o# I9 u
17.                                         2,                       /* 任务优先级 */
    - {0 M9 `6 S- c7 ?" L9 a: l
18.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
    3 f7 N0 t8 \. x/ Z* l; _
19.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
    , v* y+ a/ i) a% t
20.    
    
21.      HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
    
22.                                            3,                         /* 任务优先级 */
    
23.                                            &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
    4 _. k( E; z* |4 T  s6 x
24.                                            sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
25. }

复制代码

. W+ A- q$ N9 f# A4 t5 z  L

睡眠模式在空闲任务实现，即配置向导文件RTX_Conf_CM.c文件中

1. /*--------------------------- os_idle_demon ---------------------------------*/
   , Z( a8 v9 b) t# }
2. #include "stm32f10x.h"
   
3. __task void os_idle_demon (void) {
   
4.   /* The idle demon is a system task, running when no other task is ready */
   " |; n' K  H% I  U& J, D1 z
5.   /* to run. The 'os_xxx' function calls are not allowed from this task.  */
     h' X1 d8 O% h+ T
6. 
   
7.   for (;;) {
   ! x& @. P# }& v  Z6 R% ~0 D1 W
8.   /* HERE: include optional user code to be executed when no task runs.*/
   0 \# D. B* z3 @
9.        __WFI();
   
10.   }
    # n. {4 O; t( A* M( ]; s
11. }

复制代码

信号量的创建：

1. static OS_SEM semaphore;
   
2. 
   * ?& e" J% G( J! w, p7 q( h& N# r9 ]# M
3. /*
   
4. *********************************************************************************************************
   + e8 N! A4 G$ C! [& |
5. *    函 数 名: AppObjCreate
   , K: D6 A4 S3 @9 |/ `
6. *    功能说明: 创建任务通信机制
   
7. *    形    参: 无
   / _* T+ T4 d; a7 N% A* Z
8. *    返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    
11. static void AppObjCreate (void)
    # J6 i0 v2 m4 p5 Q! [
12. {
    ; [; c5 n& u- Q) F
13.      /* 创建信号量计数值是0, 用于任务同步 */
    ' n9 ?2 u2 o8 S% ?. {6 h. J/ g
14.      os_sem_init (&semaphore, 0);
    
15. }

复制代码

四个RTX任务的实现：

1. /*
     F1 G7 }' g4 ?1 a9 `, M
2. *********************************************************************************************************
   ; l$ w! X8 k% W! X; l
3. *    函 数 名: AppTaskUserIF
   2 f' y" C# S2 s5 U$ o3 o  g
4. *    功能说明: 按键消息处理     
   # a, f$ e% L" `  Y3 H, f
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
   
8. *********************************************************************************************************
   
9. */
   2 S! a/ {% e- b4 `
10. __task void AppTaskUserIF(void)
    
11. {
    3 N" f; U( L! C# ~
12.      uint8_t ucKeyCode;
    : w0 C6 j& m1 Q/ L5 X
13. 
    
14.     while(1)
    
15.     {
    
16.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
    
17.         
    
18.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    8 d- D" f( ?7 Z- s$ W
19.          {
    # w5 q1 N  g3 H! {
20.               switch (ucKeyCode)
    + {; r  f/ s4 E! {7 q4 v! T
21.               {
    
22.                    /* K1键按下，打印调试说明 */
    / K' y) I9 Z, X* m. T
23.                    case KEY_DOWN_K1:
    
24.                        printf("K1键按下，使用MDK中自带的RTX调试组件，请务必使用MDK4.74版本进行调试\r\n");
    ) w0 Y2 y! O0 u( O! J) Y5 M/ K
25.                        break;  
    . v2 f" e/ q. E+ |
26. 
    % w. H4 }9 q6 S% T6 J0 L
27.                    /* K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro */
    
28.                    case KEY_DOWN_K2:
    2 L6 e2 O) E2 `: ]; @4 v/ B6 A
29.                        printf("K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro\r\n");
    
30.                        os_sem_send (&semaphore);
    ( N' T1 C! t& I) P
31.                        break;
    3 B2 f! x: [4 f' d
32. 
    : A+ h6 F+ y  l; w; ]- P/ U
33.                    /* 其他的键值不处理 */
    * U6 j: ?: g6 w
34.                    default:                    
    ' D1 O, M+ E1 a$ N/ [4 g. K
35.                        break;
    * z7 W. K  J) q; v# T7 ]
36.               }
    : M3 S4 [! M) O' x/ B6 A& d
37.          }
    
38.         
    
39.          os_dly_wait(20);
    
40.      }
    2 j6 l% S4 l# [# M6 ?
41. }
    4 h9 J4 \! a* k$ T+ l5 }; p' N5 j' `
42. 
    5 Q2 C: W/ \$ ]- k6 q# }* I
43. /*
    & C4 ]& b3 f0 v3 \1 E( X1 \: U
44. *********************************************************************************************************
    
45. *    函 数 名: AppTaskLED
    ( g- c! k9 F8 X2 A  Q( {
46. *    功能说明: LED闪烁。
    $ e" W% ^$ K0 s6 N8 F" w
47. *    形    参: 无
    ; e) F" v' P6 j/ t
48. *    返 回 值: 无
    
49. *   优 先 级: 2
    . I9 u4 R$ w$ g% o3 B# y
50. *********************************************************************************************************
    0 [7 x+ |' u" q: E) l1 D: t
51. */
    * E6 ]1 \3 i. d3 `0 x
52. __task void AppTaskLED(void)
    : M' D: K9 s6 K, i+ [- ^
53. {
    
54.      const uint16_t usFrequency = 200; /* 延迟周期 */
    1 E& `( Y/ j! n( Q6 I4 n1 _
55.    
    1 N, y+ Y* R! S. b9 @% O+ v
56.      /* 设置延迟周期 */
    
57.      os_itv_set(usFrequency);
    
58.    
    
59.     while(1)
    ! v* H( y( Q2 H7 V. K
60.     {
    
61.          bsp_LedToggle(2);
    
62.          bsp_LedToggle(3);
    ! l0 ^+ T: D9 Y4 b0 W" u  R
63. 
    
64.          /* os_itv_wait是绝对延迟，os_dly_wait是相对延迟。*/
    & C) H: t. r( P1 _( D$ l, j
65.           os_itv_wait();
    ' i. o' V2 a: C( r  F7 B
66.     }
    * k$ \" r7 L' A8 ?. ~
67. }
    
68. 
    
69. /*
    
70. *********************************************************************************************************
    
71. *    函 数 名: AppTaskMsgPro
    1 J, u8 h- Q+ V6 h) D0 O
72. *    功能说明: 消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号
    
73. *    形    参: 无
    
74. *    返 回 值: 无
    " M/ O, R4 A2 c' ~% d
75. *   优 先 级: 3
    
76. *********************************************************************************************************
    
77. */
    ; @. q: j$ |8 c! e; d
78. __task void AppTaskMsgPro(void)
    
79. {
    
80.      OS_RESULT xResult;
    3 ~9 g) W7 M0 V' `
81.      const uint16_t usMaxBlockTime = 200; /* 延迟周期 */
    
82.    
    ( D# Q7 z: x0 K$ a
83.     while(1)
    
84.     {
    
85.          xResult = os_sem_wait (&semaphore, usMaxBlockTime);
    
86.         
    8 X& ~3 t2 G- n- l0 U- I
87.          switch (xResult)
    ! h! [4 ^' K# l% r: @- x
88.          {
    0 h( [3 ?( a0 [8 r: y7 G
89.               /* 无需等待接受到信号量同步信号 */
    
90.               case OS_R_OK:
    
91.                    printf("无需等待接受到信号量同步信号\r\n");
    / R* p$ {3 Z2 ^" W3 p2 z
92.                    break;  
    
93. 
    ) w0 w8 ?+ H1 I! p3 q
94.               /* 信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号 */
    0 e; O4 B3 `. m" M  A9 e( Y% ~
95.               case OS_R_SEM:
    
96.                    printf("信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号\r\n");
    
97.                    break;
    " b1 x! I' T- L. Y6 Z' @. l9 V: a
98. 
    # r' Q4 C3 I# w) y+ ]9 V. e' I! u+ l
99.               /* 超时 */
    
100.               case OS_R_TMO:
     ; |9 O& x) O9 U2 A9 i& I# ^
101.                    bsp_LedToggle(1);
     7 I2 v/ J; Y2 j' A2 D( Q: k
102.                    bsp_LedToggle(4);
     6 q& y! }/ G2 O9 N; b% T
103.                    break;
     
104.             
     
105.               /* 其他值不处理 */
     8 q/ J( N$ A8 m+ S
106.               default:                    
     
107.                    break;
     
108.          }   
     
109.     }
     
110. }
     
111. 
     
112. /*
     1 N2 A* M$ O. b4 X& W/ K% U
113. *********************************************************************************************************
     9 i) Q) f3 P. ~" q! i) Q' o; v0 N1 D
114. *    函 数 名: AppTaskStart
     
115. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。这里实现按键扫描。
       z) H: [3 x; i
116. *    形    参: 无
     4 H1 f7 s% u, F* T' |" j( T( }% T  B
117. *    返 回 值: 无
     
118. *   优 先 级: 4
     
119. *********************************************************************************************************
     
120. */
     & D4 B) n4 Y9 P# u+ v
121. __task void AppTaskStart(void)
     2 g* f4 v4 ^- M6 Y* o
122. {
     
123.      /* 创建任务 */
     
124.      AppTaskCreate();
     
125.    
     
126.      /* 创建任务通信机制 */
     
127.      AppObjCreate();
     ; M3 B9 f. Z  \" ]* L$ |
128.    
     
129.     while(1)
     
130.     {
     2 ?0 @4 N# q. W$ M; R. `
131.          /* 按键扫描 */
     , B9 D0 ^8 p* P; g0 W
132.          bsp_KeyScan();
     
133.         os_dly_wait(10);
     
134.     }
     1 F( W0 d3 A3 q4 }9 J
135. }

复制代码

+ i2 J" `$ ?- P" \0 Q

21.5.2   STM32F407开发板实验

配套例子：

    V5-421_RTX实验_低功耗（睡眠模式）

实验目的：

    1.     学习RTX实验低功耗（睡眠模式）。

    2.     通过函数DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP,ENABLE);保证睡眠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键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro。

     任务AppTaskMsgPro接收到消息后进行消息处理。

    3.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，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号。

    AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

    4.关于低功耗的说明：

       (1) STM32F407有三种低功耗模式：

     a.睡眠模式(Cortex-M4F内核停止，所有外设包括Cortex-M4F核心的外设，如NVIC、系统时钟(SysTick)等仍在运行)。

     b.停止模式(所有的时钟都已停止)。

     c.待机模式(1.2V电源关闭)。

       (2) 通过指令__WFI进入休眠模式，可以通过任意中断唤醒。

       (3) 降低系统主频或者关闭外设时钟也可有效降低系统功耗。

       (4) 进入低功耗状态前，设置使用的I/O引脚不产生拉电流和灌电流也可有效降低功耗。

    5.本例程的低功耗实现方法是在空闲任务中调用__WFI指令来进入低功耗模式。未做关闭外设时钟和设置I/O引脚处理。在文件RTX_Conf_CM.C文件中的函数os_idle_demon里面调用函数__WFI。

    6.实际项目中推荐采用官方的tickless模式。

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。

       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。

RTX配置：

    RTX配置向导详情如下：

                              

Task Configuration

    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。

    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。

    Run in privileged mode

  设置任务运行在非特权级模式

RTX任务调试信息：

程序设计：

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。

系统栈大小分配：

外设初始化：

    注意新加的函数初始化函数DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP, ENABLE);保证睡眠模式下调试器正常连接使用。

1. /*
   4 l1 `. x, f9 q/ b7 C
2. /*
   
3. *********************************************************************************************************
   4 n. s. y" w5 d) _1 E
4. *    函 数 名: bsp_Init
   
5. *    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。
   
6. *             全局变量。
   
7. *    形    参: 无
   
8. *    返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    : p7 N0 W5 e" r5 k9 {( m3 d# J
11. void bsp_Init(void)
    
12. {
    ) r- ]' W( H: T8 }3 ]$ p3 Z
13.      /* 保证睡眠模式下调试器继续可以连接使用 */
    
14.      DBGMCU_Config(DBGMCU_SLEEP, ENABLE);
    
15.    
    
16.      /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */
    
17.      NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    - }  m! \3 V2 m& x5 K  y7 W5 i
18. 
    
19.      bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    
20.      bsp_InitLed();         /* 初始LED指示灯端口 */
    $ B  N, {% N& o1 `
21.      bsp_InitKey();         /* 初始化按键 */
    
22. }

复制代码

RTX初始化：

1. /*
   & O1 N4 R$ f+ G/ s9 o
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: main
   , f6 }2 ]: g) n( f1 o. l
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
   % ]6 {; y" _/ {9 X: i
5. *    形    参: 无
   ( b/ [3 ?7 M& J" p3 }" M
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   : z. h( I; O' A
9. int main (void)
   
10. {   
    9 S# i1 n% ^3 k6 ]4 O+ T
11.      /* 初始化外设 */
    - g+ U: I. X$ T* A
12.      bsp_Init();
    
13.    
    
14.      /* 创建启动任务 */
    
15.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
    5 |0 h" o7 S( Q/ V* I
16.                        4,                        /* 任务优先级 */
    - t# \  J/ U# v+ W/ r
17.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
    
18.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    / e( N  Y! r% v  Y" J
19.      while(1);
    
20. }

复制代码

RTX任务创建：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: AppTaskCreate
   
4. *    功能说明: 创建应用任务
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   9 i$ ^6 K  `1 J
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   7 X; w. \" \; m, e( Z
9. static void AppTaskCreate (void)
   2 e) l4 w1 E* N9 j: L
10. {
    
11.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
    
12.                                            1,                         /* 任务优先级 */
    % o% O- a3 I+ @  O* B+ c7 B# e( _  N( m
13.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
    1 \- F2 S! x) o9 A( F* z$ o
14.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
15.    
    3 X1 K) i& Y. N* |
16.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
      y, E, X4 C, f# g
17.                                         2,                       /* 任务优先级 */
    8 c0 m# F+ X& J
18.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
    
19.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
20.    
    
21.      HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
      D& t& q7 W; i; K+ n7 \* v0 _7 o
22.                                            3,                         /* 任务优先级 */
    8 t( y) t% h: F; y2 H0 j
23.                                            &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
    3 J* p; }: J; e
24.                                            sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    ' V7 |  X; _" o/ k( w
25. }

复制代码

睡眠模式在空闲任务实现，即配置向导文件RTX_Conf_CM.c文件中

1. /*--------------------------- os_idle_demon ---------------------------------*/
   % A# U# o0 X, y/ p% v; R" U
2. #include "stm32f10x.h"
   
3. __task void os_idle_demon (void) {
   + `- ]4 t3 z- \  ]
4.   /* The idle demon is a system task, running when no other task is ready */
   ' l& ]0 k5 T9 j: S
5.   /* to run. The 'os_xxx' function calls are not allowed from this task.  */
   7 a% F% ~. @& h
6. 
     j7 \: _2 @* \) {( q- C7 U9 R0 Y
7.   for (;;) {
   5 c# d9 U8 J& P& C5 S8 b% I( b
8.   /* HERE: include optional user code to be executed when no task runs.*/
   
9.        __WFI();
   ( E# |' a2 D# M: z6 w5 B
10.   }
    
11. }

复制代码

信号量的创建：

1. static OS_SEM semaphore;
   
2. 
   ; c0 D3 g2 V) E9 Y! a( {( N- x
3. /*
   
4. *********************************************************************************************************
   
5. *    函 数 名: AppObjCreate
   3 t9 g, ^) p* Q& Q2 C0 k  C
6. *    功能说明: 创建任务通信机制
   
7. *    形    参: 无
   ( G5 v2 P# ^' Z0 c) q: z; Y8 @8 G! I. U
8. *    返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    
11. static void AppObjCreate (void)
    
12. {
    
13.      /* 创建信号量计数值是0, 用于任务同步 */
    ) Z2 ^4 r3 b* a% f7 i9 o1 _, H, j! z8 f
14.      os_sem_init (&semaphore, 0);
    $ L9 _% Y) ?' ~  m, L: Y( y# I8 J2 A  y
15. }

复制代码

四个RTX任务的实现：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   & [) J& h2 d2 O& g
3. *    函 数 名: AppTaskUserIF
   1 |  Q% j5 O+ D6 q! Q
4. *    功能说明: 按键消息处理     
   1 W4 c5 S+ ~9 D* S5 h
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
     M) i" ]/ W2 G$ V# k. ^
8. *********************************************************************************************************
   1 z/ F0 M; }/ L- B0 _
9. */
   ( @; w6 n1 C; I8 v% [* j: h, j
10. __task void AppTaskUserIF(void)
    / X0 a; _7 \5 ?; O( t( [! D
11. {
    / R( Q, p( Q: M
12.      uint8_t ucKeyCode;
    
13. 
    
14.     while(1)
    & d& s  D# M7 u. ^
15.     {
    , _0 F  b% u" }
16.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
      _$ M# W, l# z, B! P5 B' f4 E
17.         
    
18.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    ! Z7 V* s8 Q% _' _2 M
19.          {
    
20.               switch (ucKeyCode)
    
21.               {
    
22.                    /* K1键按下，打印调试说明 */
    # N/ o; O- P& c5 K+ d
23.                    case KEY_DOWN_K1:
    
24.                        printf("K1键按下，使用MDK中自带的RTX调试组件，请务必使用MDK4.74版本进行调试\r\n");
    
25.                        break;  
    9 ^6 ]( ^4 W, F, T/ i8 }3 T
26. 
    
27.                    /* K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro */
    
28.                    case KEY_DOWN_K2:
    0 K/ y$ C2 J8 ^
29.                        printf("K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro\r\n");
    : A7 h" i0 d3 l- A/ a; ~
30.                        os_sem_send (&semaphore);
    
31.                        break;
    % N0 E- z, |! v1 [/ w" u' H5 C2 Q
32. 
    9 L& z/ W8 o2 r" X
33.                    /* 其他的键值不处理 */
    9 n) C) @- J8 D9 J
34.                    default:                    
    
35.                        break;
    ' g5 q9 ]) h+ ?% ~8 H& L% b) Y
36.               }
    1 e# q  P3 t+ D3 S% K( _/ J. U
37.          }
    / `6 {0 }4 ]: n
38.         
    
39.          os_dly_wait(20);
    
40.      }
    7 F( `; v2 d2 m: Q$ F/ T
41. }
    & q; I8 u; F2 o
42. 
      |2 F# }# X( h# a
43. /*
    9 m( D0 @  K8 u% h( w: z
44. *********************************************************************************************************
    
45. *    函 数 名: AppTaskLED
    
46. *    功能说明: LED闪烁。
    9 W; l2 X! s. s+ v, K: K5 A# k8 Z
47. *    形    参: 无
    
48. *    返 回 值: 无
      W  |3 z' [: _% |/ H+ Q
49. *   优 先 级: 2
    
50. *********************************************************************************************************
    
51. */
    2 |/ d$ Q+ @4 N  {3 b
52. __task void AppTaskLED(void)
    
53. {
    
54.      const uint16_t usFrequency = 200; /* 延迟周期 */
    
55.    
    6 ]# v6 n+ [7 o5 T" f8 G
56.      /* 设置延迟周期 */
    8 i; h2 U/ A4 }2 T- A
57.      os_itv_set(usFrequency);
    
58.    
    
59.     while(1)
    
60.     {
    
61.          bsp_LedToggle(2);
    3 b: _2 K' u3 x# S
62.          bsp_LedToggle(3);
    : n; J9 z6 O& G" a
63. 
    1 p7 r" N3 a/ l3 ?/ u) G
64.          /* os_itv_wait是绝对延迟，os_dly_wait是相对延迟。*/
      x; n  H7 _7 Y0 V
65.          os_itv_wait();
    
66.     }
    
67. }
    / n9 G+ F* b  Z) Q
68. 
    # A: X; e4 c) M8 B' g4 N4 [
69. /*
    2 x- u! ^9 O7 P( H7 l; |+ B
70. *********************************************************************************************************
    9 y1 W: q6 A4 r+ E2 z& u7 u/ |
71. *    函 数 名: AppTaskMsgPro
    
72. *    功能说明: 消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号
    5 H8 B4 _. M, O3 q% h
73. *    形    参: 无
    4 C. d2 S0 r5 `: o% x. w
74. *    返 回 值: 无
    
75. *   优 先 级: 3
    
76. *********************************************************************************************************
    % P4 }$ E5 ^( x* a  d+ i$ X' `. ?
77. */
    
78. __task void AppTaskMsgPro(void)
    5 Q( s/ p# b$ ^* T
79. {
    
80.      OS_RESULT xResult;
    
81.      const uint16_t usMaxBlockTime = 200; /* 延迟周期 */
    
82.    
    
83.     while(1)
    
84.     {
    ' A8 @" l. {% K7 a/ z* O
85.          xResult = os_sem_wait (&semaphore, usMaxBlockTime);
    
86.         
      Z1 ?% S7 O3 {6 |
87.          switch (xResult)
    
88.          {
    . L* H5 j; b8 p: \
89.               /* 无需等待接受到信号量同步信号 */
    
90.               case OS_R_OK:
    
91.                    printf("无需等待接受到信号量同步信号\r\n");
    
92.                    break;  
    ! z6 e& o5 @% t, q/ \
93. 
    
94.               /* 信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号 */
    3 N$ z* g2 u& ~9 a& b7 @" q% j1 Y
95.               case OS_R_SEM:
    
96.                    printf("信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号\r\n");
      J6 w( w0 s9 C. f$ @7 G
97.                    break;
    
98. 
    
99.               /* 超时 */
    
100.               case OS_R_TMO:
     
101.                    bsp_LedToggle(1);
     3 ]$ d4 f$ g7 |+ D
102.                    bsp_LedToggle(4);
     
103.                    break;
     
104.             
     
105.               /* 其他值不处理 */
     ) ^; e; W* j8 K1 w4 k
106.               default:                    
     5 N9 J, G0 a3 {6 I# c1 G" n
107.                    break;
     - |) S" b5 L- G( M9 c% u/ p" F% R2 S
108.          }   
     & M$ k3 H; H0 {% r9 u) X$ @- B; s
109.     }
     
110. }
     
111. 
     
112. /*
     
113. *********************************************************************************************************
     
114. *    函 数 名: AppTaskStart
     . r  C" E4 n# a6 b
115. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。这里实现按键扫描。
     $ ]9 S! r% ]0 [
116. *    形    参: 无
     
117. *    返 回 值: 无
     
118. *   优 先 级: 4
     
119. *********************************************************************************************************
     
120. */
     ; @) h0 B$ p( U& f* q1 ?
121. __task void AppTaskStart(void)
     
122. {
     
123.      /* 创建任务 */
     
124.      AppTaskCreate();
     
125.    
     
126.      /* 创建任务通信机制 */
     6 K5 L1 z5 H. N" T: m# `* e- T- ^
127.      AppObjCreate();
     1 C; S; n& m$ B5 f8 ?
128.    
     7 `* @" m- Y! o. `' v& g
129.     while(1)
     
130.     {
     0 B7 A7 q  i" Z. Y8 V5 b
131.          /* 按键扫描 */
     & x/ b, p$ V; ^4 s, i- {
132.          bsp_KeyScan();
     
133.         os_dly_wait(10);
     ; ?$ p7 J9 l1 e
134.     }
     
135. }

复制代码

7 d% _4 S6 X: A

21.6 总结

    本章节主要为大家讲解了RTX低功耗之睡眠模式，这里仅是提供了一种睡眠模式在RTX上的实现思路，有兴趣的同学也可以想一些其它的实现思路。

( N8 n8 c/ y$ |! W0 s0 b

新年快乐，恭喜发财

可真有耐心，谢谢了

谢谢分享