[1 STM32低功耗管理概念及应用](#1 STM32低功耗管理概念及应用)

1.1睡眠模式

[1.2 停止模式](#1.2 停止模式)

[1.3 待机模式](#1.3 待机模式)

[2 Tickless低功耗管理](#2 Tickless低功耗管理)

[2.1 Tickless低功耗模式介绍](#2.1 Tickless低功耗模式介绍)

[2.2 FreeRTOS低功耗模式配置](#2.2 FreeRTOS低功耗模式配置)

[2.3 FreeRTOS低功耗模式应用](#2.3 FreeRTOS低功耗模式应用)

[3 低功耗管理实际项目开发](#3 低功耗管理实际项目开发)

[3.1 低功耗设计必须要掌握的硬件知识](#3.1 低功耗设计必须要掌握的硬件知识)

[3.2 开发板电路低功耗分析](#3.2 开发板电路低功耗分析)

[3.3 HAL库低功耗处理相关接口](#3.3 HAL库低功耗处理相关接口)

[4 低功耗实现原理](#4 低功耗实现原理)

[4.1 空闲任务详解](#4.1 空闲任务详解)

[4.2 任务删除自身详解](#4.2 任务删除自身详解)

[4.3 Tickless业务流程](#4.3 Tickless业务流程)

[4.4 休眠处理详解](#4.4 休眠处理详解)

1 STM32低功耗管理概念及应用

低功耗产品案例

ADC是模拟电路，调压电路时数字电路，模数分离所以ADC是单独电路。

核心功耗在调压供电电路，关闭外设时钟即能关闭外设。

1.1睡眠模式

在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM4核心的外设全都还照常运行。

有两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是WFI(wait for interrupt)和WFE(wait for event，也可以由中断唤醒，但是不会去处理中断)，即由等待"中断"唤醒和由"事件"唤醒。睡眠模式的各种特性见下表

1.2 停止模式

在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其1.2V区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息。

所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒。在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式，可选择内部FLASH工作在正常模式或掉电模式。（唤醒后，要重新初始化外设时钟）

一般都把FLASH掉电模式和、FLASH掉电模式都设置为处于关闭状态。唤醒后会有延迟，需要产品对延迟容忍度的考虑。

1.3 待机模式

待机模式，它除了关闭所有的时钟，还把1.2V区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测boot条件，从头开始执行程序。它有四种唤醒方式，分别是WKUP(PA0)引脚的上升沿，RTC闹钟事件，NRST引脚的复位和IWDG(独立看门狗)复位。

内存掉电了，程序是错乱的，所以只有上述几种复位

2 Tickless低功耗管理

2.1 Tickless低功耗模式介绍

Idle task 任务中会调用tickless，当休眠时间>10ms那么会进入低功耗模式，可选择3种休眠模式

再分析多任务调度源码的时候，有个UnblockTime，我们可以把这个值传给tickless，来计算下个任务需要调度的时间。

2.2 FreeRTOS低功耗模式配置

问：为什么要大于2个tick值？

进入休眠模式，需要进行很多判断处理一些外设等。

2.3 FreeRTOS低功耗模式应用

CubeMX

生成代码后Freertos.c中会多两个代码

cpp 复制代码

#if configUSE_TICKLESS_IDLE == 1 
#define configPRE_SLEEP_PROCESSING                        PreSleepProcessing
#define configPOST_SLEEP_PROCESSING                       PostSleepProcessing
#endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE == 1 */




void PreSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime);
void PostSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime);

自写休眠函数

cpp 复制代码

__weak void PreSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime)
{
	/* place for user code */ 
	printf("input sleep mode!\r\n,ulExpectedIdleTime = %u\r\n",*ulExpectedIdleTime);//休眠时间tick值打印
	HAL_SuspendTick();   //先挂起Systick
	HAL_PWREx_EnableFlashPowerDown();
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE(); 
	__HAL_RCC_GPIOB_CLK_DISABLE();  
	__HAL_RCC_GPIOC_CLK_DISABLE();  
	__HAL_RCC_GPIOH_CLK_DISABLE();  
	__HAL_RCC_GPIOI_CLK_DISABLE();
	__HAL_RCC_GPIOF_CLK_DISABLE();
}

__weak void PostSleepProcessing(uint32_t *ulExpectedIdleTime)
{
	/* place for user code */
	HAL_PWREx_DisableFlashPowerDown();
	printf("output sleep mode!\r\n");
	
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); 
	__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); 
	__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); 
	__HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();
	__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
	__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE(); 
	//HAL_ResumeTick();   //不能再这恢复tick值，否则会不断唤醒
}

如果不挂起Systick和不注释TIM6，会不断触发中断唤醒，还需要查看每个任务中osDelay，不能设太小。

3 低功耗管理实际项目开发

不启用Tickless，烧写程序，直接接电流表测试功耗

启用后在测试电流

程序 TimerTask Tickless L去除LCD 关闭GPIO外设时钟&Flash DOWN

工作电流 441mA 395mA 193mA 192mA

休眠程序减少 46mA

3.1 低功耗设计必须要掌握的硬件知识

主要从四个方面控制功耗：

主控芯片
电源管理
外设模块
外设接口

3.2 开发板电路低功耗分析

根据原理图找芯片手册www.alldatasheet.com

电源芯片手册，静态电流5ma

3.3 HAL库低功耗处理相关接口

4 低功耗实现原理

4.1 空闲任务详解

idleTack

cpp 复制代码

void vTaskStartScheduler( void )
        //空闲任务创建
		xReturn = xTaskCreate(	prvIdleTask,
								"IDLE", configMINIMAL_STACK_SIZE,
								( void * ) NULL,
								( tskIDLE_PRIORITY | portPRIVILEGE_BIT ),
								&xIdleTaskHandle ); 

/*
    全局搜索IDLE，发现portTASK_FUNCTION，再次搜索这个宏是方便用户开发，其他语言也能实        
    现，相当于
*/
#define portTASK_FUNCTION_PROTO( vFunction, pvParameters ) void vFunction( void *pvParameters )
	

/*
	空闲任务，宏定义实际相当于void prvIdleTask( void *pvParameters );

*/
static portTASK_FUNCTION( prvIdleTask, pvParameters )
{
	/* Stop warnings. */
	( void ) pvParameters;

	/** THIS IS THE RTOS IDLE TASK - WHICH IS CREATED AUTOMATICALLY WHEN THE
	SCHEDULER IS STARTED. **/

	for( ;; )
	{
		/*检查任务删除自身处理 */
		prvCheckTasksWaitingTermination();
		/*判断调度器工作模式是否开启了优先级抢占模式*/
		#if ( configUSE_PREEMPTION == 0 )
		{ 
			/* 
				1、触发了上下文切换
				2、让调度器判断是否有其他任务，处于了就绪态，然后进行调度
			*/
			taskYIELD();
		}
		#endif /* configUSE_PREEMPTION */
		//调度器使能抢占式
		#if ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configIDLE_SHOULD_YIELD == 1 ) )
		{
			/*
                列表项检查：
				1、和空闲任务处于同一优先级的任务，处于就绪态
				2、进行上下文切换
				3、高于空闲任务优先级的任务，有调度器进行处理

			*/
			if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ tskIDLE_PRIORITY ] ) ) > ( UBaseType_t ) 1 )
			{
				taskYIELD();
			}
			else
			{
				mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
			}
		}
		#endif /* ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configIDLE_SHOULD_YIELD == 1 ) ) */
		/*
			钩子函数，主要让用户自己填充代码
		*/
		#if ( configUSE_IDLE_HOOK == 1 )
		{
			extern void vApplicationIdleHook( void );

			/* 用户自己实现，比如检测外部信息 */
			vApplicationIdleHook();
		}
		#endif /* configUSE_IDLE_HOOK */

		/* 低功耗处理功能 */
		#if ( configUSE_TICKLESS_IDLE != 0 )
		{
		TickType_t xExpectedIdleTime;

			/* 获取系统的最小时间片 */
			xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime();
			//判断是否大于休眠空闲处理的最小间隔=2tick
			if( xExpectedIdleTime >= configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP )
			{
				//挂起调度器
				vTaskSuspendAll();
				{
					/* 又一次获取获取系统的最小时间片，防止挂起调度器期间又有任务更新*/
					xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime();
					//再次判断
					if( xExpectedIdleTime >= configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP )
					{
						//进入了休眠处理，传入系统的最小时间片
						portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime );
					}
					else
					{
						mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
					}
				}
				//恢复调度器
				( void ) xTaskResumeAll();
			}
			else
			{
				mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
			}
		}
		#endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE */
	}
}

低功耗处理慢点分析，先查看一下任务删除自身的源码分析。

4.2 任务删除自身详解

结合之前任务删除分析，uxDeletedTasksWaitingCleanUp 在vTaskDelete进行加1处理

cpp 复制代码

/*任务删除自身*/
static void prvCheckTasksWaitingTermination( void )
{

	/** THIS FUNCTION IS CALLED FROM THE RTOS IDLE TASK **/

	#if ( INCLUDE_vTaskDelete == 1 )
	{
		BaseType_t xListIsEmpty;

		/* 
			遍历将要删除的任务
			uxDeletedTasksWaitingCleanUp 在vTaskDelete进行加1处理
		*/
		while( uxDeletedTasksWaitingCleanUp > ( UBaseType_t ) 0U )
		{
			//挂起了调度器
			vTaskSuspendAll();
			{
				//读取删除任务自身列表里任务状态是否为空
				xListIsEmpty = listLIST_IS_EMPTY( &xTasksWaitingTermination );
			}
			//开启调度器
			( void ) xTaskResumeAll();
			
			if( xListIsEmpty == pdFALSE )
			{
				//删除任务
				TCB_t *pxTCB;
				//进入临界段
				taskENTER_CRITICAL();
				{
					/*
						1、获取任务控制块
						2、从任务列表项移除任务
						3、任务总计数减一
						4、等待删除计数减一
					*/
					pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( ( &xTasksWaitingTermination ) );
					( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );
					--uxCurrentNumberOfTasks;
					--uxDeletedTasksWaitingCleanUp;
				}
				//退出临界段
				taskEXIT_CRITICAL();
				//释放了任务控制块
				prvDeleteTCB( pxTCB );
			}
			else
			{
				mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
			}
		}
	}
	#endif /* INCLUDE_vTaskDelete */
}

问：为什么挂起调度器？

不需要别的任务调度，以免影响读取删除任务列表状态。

4.3 Tickless业务流程

大于2个TICK才有意义去处理休眠

先跳转在4.1中低功耗处理分析代码，将要获取的空闲时间xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime()。

最后进入portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime )

4.4 休眠处理详解

计算systick装载值

Systick最大值为24bit

cpp 复制代码

/*
		获取最小系统时间片
	*/
	static TickType_t prvGetExpectedIdleTime( void )
	{
	TickType_t xReturn;
	UBaseType_t uxHigherPriorityReadyTasks = pdFALSE;

		/* */
		#if( configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION == 0 )
		{
			//就绪态的任务优先级高于空闲
			if( uxTopReadyPriority > tskIDLE_PRIORITY )
			{
				uxHigherPriorityReadyTasks = pdTRUE;
			}
		}
		#else
		{
			const UBaseType_t uxLeastSignificantBit = ( UBaseType_t ) 0x01;

			/* 就绪态的任务优先级高于空闲 */
			if( uxTopReadyPriority > uxLeastSignificantBit )
			{
				uxHigherPriorityReadyTasks = pdTRUE;
			}
		}
		#endif
		//当前任务优先级高于空闲任务
		if( pxCurrentTCB->uxPriority > tskIDLE_PRIORITY )
		{
			xReturn = 0;
		}
		//与空闲任务优先级相同的其他任务处于就绪态
		else if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ tskIDLE_PRIORITY ] ) ) > 1 )
		{
			xReturn = 0;
		}
		//高优先级任务处于就绪态
		else if( uxHigherPriorityReadyTasks != pdFALSE )
		{
			/* There are tasks in the Ready state that have a priority above the
			idle priority.  This path can only be reached if
			configUSE_PREEMPTION is 0. */
			xReturn = 0;
		}
		else //空闲任务优先级最高，才计算
		{
			//系统解锁时间-系统tick计数值== 就是当前系统的最小时间片
			xReturn = xNextTaskUnblockTime - xTickCount;
		}

		return xReturn;
	}

进入低功耗模式

恢复systick

cpp 复制代码

portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime );
//这个函数，是需要用户自己实现，但是STM32FreeRTOS已经帮我们实现
extern void vPortSuppressTicksAndSleep( TickType_t xExpectedIdleTime );
	#define portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime ) vPortSuppressTicksAndSleep( xExpectedIdleTime )
#endif
/*
	低功耗实际处理函数
	1、传入系统的最小时间片

*/
__weak void vPortSuppressTicksAndSleep( TickType_t xExpectedIdleTime )
	{
	uint32_t ulReloadValue, ulCompleteTickPeriods, ulCompletedSysTickDecrements, ulSysTickCTRL;
	TickType_t xModifiableIdleTime;

		/* 判断
			系统最小时间片是否大于systick的最大装载周期  单位都tick
		*/
		if( xExpectedIdleTime > xMaximumPossibleSuppressedTicks )
		{
			//系统最小时间片=systick最大装载周期
			//如果获取系统最小时间片很大，但是systick休眠周期的最大值就是最大装载值
			//为什么这样设计？？？？  
				1、systick定时器受限制（定时周期）
				2、保证systick精度问题
			xExpectedIdleTime = xMaximumPossibleSuppressedTicks;
		}

		/* 关闭systick定时器 */
		portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG &= ~portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;

		/*
			systick重载值= 当前的systick计数值+单次系统tick装载值*（系统最小时间片-1）
			
		*/
		ulReloadValue = portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG + ( ulTimerCountsForOneTick * ( xExpectedIdleTime - 1UL ) );
		//装载值是否大于补偿周期 之后减去补偿周期
		//最终计算出，systick重载值
		if( ulReloadValue > ulStoppedTimerCompensation )
		{
			ulReloadValue -= ulStoppedTimerCompensation;
		}

		/* 关闭中断 
		
			关闭所有中断 和 进入临界段不一样 
			虽然关闭了中断，但是可以唤醒CPU,不进行中断处理
		
		*/
		__disable_irq();
		__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );
		__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );

		/* 是否有其他任务，进入了就绪态 */
		if( eTaskConfirmSleepModeStatus() == eAbortSleep )
		{
			//终止休眠
			/* 当前的systick计数值，放到systick装载寄存器中 */
			portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG;

			/* 启动systick */
			portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG |= portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;

			/* 重新赋值装载寄存器值为一个系统的tick周期. */
			portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulTimerCountsForOneTick - 1UL;

			/* 开启中断 */
			__enable_irq();
		}
		else
		{
			/* 装载休眠systick装载值 */
			portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulReloadValue;

			/* 清除systick当前计数值 */
			portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG = 0UL;

			/* 启动systick定时器*/
			portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG |= portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;

			/*  */
			xModifiableIdleTime = xExpectedIdleTime;
			//这个就是给我用户提供的接口，让我自己实现休眠处理，其实就是进一步降低功耗
			configPRE_SLEEP_PROCESSING( &xModifiableIdleTime );
			if( xModifiableIdleTime > 0 )
			{
				//让CPU休眠
				__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );
				__wfi();
				__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );
			}
			//退出处理
			configPOST_SLEEP_PROCESSING( &xExpectedIdleTime );

			/* 停止systick定时器 */
			ulSysTickCTRL = portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG;
			portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( ulSysTickCTRL & ~portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );

			/* 使能中断 */
			__enable_irq();
			//判断是否为systick唤醒的
			if( ( ulSysTickCTRL & portNVIC_SYSTICK_COUNT_FLAG_BIT ) != 0 )
			{
				uint32_t ulCalculatedLoadValue;

				/*systick恢复值= 单个tick周期值- （休眠装载值-当前systick计数值）*/
				ulCalculatedLoadValue = ( ulTimerCountsForOneTick - 1UL ) - ( ulReloadValue - portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG );

				/* 
					这是一个保护处理
					1、装载值很小，就赋值为1个tick周期
					2、装载很大，也赋值为1个tick周期
					
				*/
				if( ( ulCalculatedLoadValue < ulStoppedTimerCompensation ) || ( ulCalculatedLoadValue > ulTimerCountsForOneTick ) )
				{
					ulCalculatedLoadValue = ( ulTimerCountsForOneTick - 1UL );
				}
				//装载恢复systick装载值
				portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulCalculatedLoadValue;

				/* 休眠周期的补偿值，单位为tick  也就是1ms单位  */
				ulCompleteTickPeriods = xExpectedIdleTime - 1UL;
			}
			else
			{
				/* 休眠运行装载值= 休眠装载值-当前systick计数值）*/
				ulCompletedSysTickDecrements = ( xExpectedIdleTime * ulTimerCountsForOneTick ) - portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG;

				/* 休眠运行周期，单位为tick值 */
				ulCompleteTickPeriods = ulCompletedSysTickDecrements / ulTimerCountsForOneTick;

				//装载恢复systick装载值
				portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( ( ulCompleteTickPeriods + 1UL ) * ulTimerCountsForOneTick ) - ulCompletedSysTickDecrements;
			}

			/* 清除systick计数值*/
			portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG = 0UL;
			portENTER_CRITICAL();
			{
				/*
					1、使能了systick
					2、补偿系统的tick周期值，也是说，tick运行了多长时间（tick值）
						为什么这样做？
						在调度器恢复的时候，会根据tick值，进行遍历的，保证实时性
					3、恢复systick周期为1个tick值
				*/
				portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG |= portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT;
				vTaskStepTick( ulCompleteTickPeriods );
				portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ulTimerCountsForOneTick - 1UL;
			}
			portEXIT_CRITICAL();
		}
	}

这些逻辑都是在调试中发现的，主要去理解先计算Systick装载值，在进入休眠，在恢复三个不住。

FreeRTOS源码分析-12 低功耗管理

1 STM32低功耗管理概念及应用

1.1睡眠模式

1.2 停止模式

1.3 待机模式

2 Tickless低功耗管理

2.1 Tickless低功耗模式介绍

2.2 FreeRTOS低功耗模式配置

2.3 FreeRTOS低功耗模式应用

3 低功耗管理实际项目开发

3.1 低功耗设计必须要掌握的硬件知识

3.2 开发板电路低功耗分析

3.3 HAL库低功耗处理相关接口

4 低功耗实现原理

4.1 空闲任务详解

4.2 任务删除自身详解

4.3 Tickless业务流程

4.4 休眠处理详解