基于STM32L4系列单片机的低功耗问题 首先看ST关于L4系列的官方文档官方给出了多个低功耗模式并且介绍了这几种模式 Sleep mode:CUP时钟关闭,IO口保持与运行状态相同的状态。可由wake事件,NVIC,SysTick,外部中断等,无唤醒时间,唤醒后执行唤醒源中断回调函数(和标准库中断服务函数功能一样,但意义不同),然后按原来代码执行 **Low-power run mode:**当系统时钟频率降低到2MHZ以下时,即可实现此模式。代码可从SRAM或闪存中执行。调整器处于低功耗模式,以最小化调整器的工作电流。IO口保持与运行状态相同的状态,退出此模式需按照三步1:清除PWR CR1寄存器中的LPR位,强制调整器进入主模式。2:等待直到PWR SR2寄存器中的REGLPF 位被清除3:增加时钟频率: C3 ^( Q' l# V Low-power sleep mode: 此模式从Low-power run mode进入,IO口状态与运行模式相同,可由外部中断,wake事件唤醒,无唤醒时间,唤醒后执行中断回调函数,后按原来代码执行 **Stop 0, Stop 1 and Stop 2 modes:**此模式中SRAM1,SRAM2和寄存器中的内容都将保留,所有时钟在VCORE 域停止,PLL,MSI,HSI16,HSE禁止。LSE和LSI保持运行,RTC可保持运行,一些具有唤醒功能的外设也可等待唤醒条件。在STOP2模式下,大多数的VCORE域处于低泄漏状态。SPOP1模式提供了最多数量的活动外设和唤醒源,唤醒时间较小,但电流比STOP2消耗更多,在STOP0模式主调节器仍然时开着的,这允许最快的唤醒时间,但消耗多。功耗大小SPOP2< STOP1<STOP0.可由wake事件,外部中断唤醒。当退出SPOP模式时时钟源可选MSI或HSI16这取决于软件配置。退出后执行唤醒源中断回调,后按主代码执行。 % W+ u3 W5 b% [" G' m Standby mode: VCORE域是关闭电源的。然而,它可以保留SRAM2的内容:待机模式与SRAM2保留当位RRS被设置在CR3寄存器,在这种情况下。SRAM2由低功率调节器提供。在PWR CR3寄存器中清除位RRS时的备用模式。在这种情况下,主调节器和低功率调节器电源关闭,所有的时钟在VCORE域停止,PLL,MSI,HSI16和HSE被禁止。LSI和LSE可以继续运行。IO口可配置位上拉或下拉或模拟。RTC可以保持。外部中断和wake时间唤醒等可退出Standby模式,唤醒后系统复位* T: Y. h& k- Q" B8 Q4 z& l7 i **Shutdown:**VCORE域电源关闭,所有时钟在VCORE停止,PLL,MSI,HSI16,HSE禁止,LSE可以保持运行,系统时钟,当退出Shutdowm模式MSI在4MHZ在这种模式下电源监控是关闭的。IO口可配置成 上拉,下拉,模拟。可用wake事件唤醒,io口外部中断,唤醒后系统复位。 几种模式的相互转换关系:7 ?5 F$ H8 r8 F7 ~# M8 }, X' J5 K 由这几种模式转换且保持系统运行无异常,最初我选择了Run mode(运行)和Shutdown mode 和Standby mode 模式进行测试,手里的板子的MCU是STM32L31RCT6.对比官方库中的测试和自己的工程看电流,刚开始测试的时候电流差距很大,首先找硬件原因,因为我使用的不是ST官方的板,无引出的电流测试点,所以我测的是整体板子的电流,我所使用的板子比较简单,无任何外设,去除5转3.3芯片,直接使用3.3v供电,单片机的启动模式为模式0在FLASH中启动 BOOT0和B00T1设置为上拉电阻。(BOOT0和BOOT1一定要处理好影响电流很大)" g3 B. d% Z2 H; c$ p j 首先单独测试Shutdown模式,最初测试的时候电流还是很大,在经过硬件与软件的结合后最终电流最低可达到0.03uA 且可由外部中断唤醒。加上RTC周期唤醒后,电流最低到0.52uA# @/ d- `* O( v; N 0 f( B: g0 ^, A L8 Y* ] @! \, x 图为官方给出的标准参照 ?1 M$ D K! T/ O- I' y$ M) n 具体的软件处理方法: 1:底层初始化HAL_Init();重置所有外设,FLASH 和Systick, 2:系统时钟配置SystemClock_Config();STM32L4最高时钟可跑到80M,我在STM32Cube中时钟设置为72MHZ因为现在只是测试低功耗对系统的运行速度无太大要求 3:开启所用时钟MX_GPIO_Init();在这我开启了所有时钟,并在此处将没' F& \4 o$ c' ~4 t$ e5 } 用到的引脚全部设置为模拟输入,外设我只用了串口.并开启外部中断。 4:串口的配置及初始化,按照常规配置即可 5:进入低功耗模式前的准备,首先在此函数中禁用Debug调试端口,关闭所有时钟。关闭串口,然后进入Shutdowm模式。 进入Standy模式和Shutdowm模式软件配置相同只不过最后进入的是Standy模式,Standy模式测试电流为0.12uA 加入RTC后电流大约在0.63uA 在之后唤醒这一开始使用的RTC周期唤醒即HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT()函数,此函数使用的是一个16位可编程自动重载递减计数器(RTC_WUTR)生成,可用于周期性中断/唤醒。此唤醒定时器的时钟输入可以是:2,4,8或16分频的RTC时钟,也可以是ck_spre时钟(一般为1HZ)当使用RTC时钟时,可配置的唤醒中断介于122us和32s之间。当使用ck_spre时钟的时候唤醒时间为1s到36h左右分辨率为1s,这个范围分为两个部分% `6 Y5 k# F- H! C( q/ M: x 当WUCKSEL[2:1]=10时为:1s到18h。4 \- L9 q7 ?6 W* Z 当WUCKSEL[2:1]=11时约为:18h到36h。7 V& t' k" x w4 J 在后一种情况下,会将2^16添加到16位计数器当前值(即扩展到17位,相当于最高位用WUCKSEL[1]代替) 如图& V/ ]) Y( i/ r& m* Z3 m& Q# { - J$ F6 c, G% d6 E% m ! `! R$ p! k' {- P' p. v7 S; K# P 在使用RTC周期唤醒的时候 要清零WUTF标志,因为当计数器到0时,RTC_ISR寄存器的WUTF标志会置1,并且唤醒寄存器会使用其重载值重载,会出现进不去低功耗模式的情况。用此种方式退出低功耗模式,系统复位以及低功耗模式不会影响计数器的计数。3 K0 E- ^0 C& P, e* a5 G6 F. N 但是一开始的时候我并没有注意到唤醒Shutdown和Standy模式后会复位确实是周期性唤醒,但是每次都复位,这样不方便添加外部中断唤醒方式。(在软件的第五步进入低功耗模式前加入RTC唤醒函数,开启计数或者闹钟)闹钟的话根据所配置来唤醒,闹钟在唤醒Standy和Shutdown时也可以实现周期性唤醒。- N, Z K2 j1 |# y! B1 I 因此换用第三功耗小的模式,STOP2模式。STOP2无RTC可跑电流1.1uA,加入RTC后1.4uA左右。STOP2模式具体软件处理方法与整体框架相同。4 W4 T9 p) o9 d7 D2 _8 t 现在来看一下加入RTC的处理方法* q& A; ~2 H+ L+ u/ [2 _* J, C7 t+ Z 1:底层初始化HAL_Init();重置所有外设,FLASH 和Systick, 2:系统时钟配置SystemClock_Config();STM32L4最高时钟可跑到80M,我在STM32Cube中时钟设置为72MHZ因为现在只是测试低功耗对系统的运行速度无太大要求0 |) }2 C J0 @% c7 A% \& E2 O 3:开启所用时钟MX_GPIO_Init();在这我开启了所有时钟,并在此处将没 用到的引脚全部设置为模拟输入,外设我只用了串口.并开启外部中断。 4:串口的配置及初始化,按照常规配置即可 5:RTC初始化目的主要是为了开启RTC的时钟(如果需要RTC时钟需要另加时间配置函数,闹钟函数也可直接在此设置)# j4 v D) F+ z8 X 5:进入低功耗模式前的准备,首先在此函数中禁用Debug调试端口,关闭所有时钟。关闭串口,然后进入低功耗模式。 6:进入低功耗模式后,系统等待RTC计数减到0,发生中断,然后进入相应的中断服务函数。 7:在服务函数中,重新初始化底层硬件并配置时钟,初始化所用外设,具体的函数功能在这添加,清除WKAEUP_pin标志,然后再次进入低功耗模式(除Shutdown和Standy) 加入外部中断唤醒,也只需开启对应引脚外设,开启中断,配置优先级,然后在低功耗模式只能上升沿触发中断,在中断服务函数中的处理与RTC唤醒中断服务函数一样。 因为复位和中断都不会引起RTC计数器的异样,所以这两个中断只要不是同时发生是不会产生冲突的。 综合来看,依需求来选择, 一:第一种方案可以使用RTC闹钟,实现按天唤醒,或按星期唤醒,当然RTC与Shutdown和Standy结合可以实现超低低功耗0.4uA左右,并加上这两种模式的唤醒复位的特性,也可实现周期唤醒,就是这样每唤醒一次都需要系统配置相应的RTC寄存器,时间长了可能对MCU有损坏 二:在就是使用wake计数器周期唤醒,搭配STOP模式,唤醒周期方便调节,精确度为S,电流达到1.4uA。 还有存在的一些问题就是: 1:串口和下载器对电流的测量很大,测量时要去掉。' I. q; k1 b$ O8 J1 ?5 n 2:然后下载完程序后需要重新上电,要不电流可能会有误。 3:然后就是外部中断我测试的时候硬件连接可能不规范,有些不稳定。! U6 f+ h3 r3 l% U2 P4 p 4:然后就是功耗问题,与官方的这几种功耗模式多多少少的有点差距,软件部分对比官方测试代码,没有什么本质上的区别。猜测可能是硬件部分,也有可能官方说的是MCU的功耗。 # V0 J) @$ w( w5 D+ p & m7 h$ j4 T0 |4 \4 K- n; T7 G |
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