STM32低功耗模式

本文参考：STM32F10XXX参考手册，具体细节可自行去官网下载查看。

1. 为什么要使用低功耗模式？

• 延长电池寿命（例如：传感器节点、可穿戴设备）
• 降低系统发热量
• 在非关键任务阶段减少能耗，提高整体能效

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2. STM32F10x系统电源框图

STM32的工作电压(VDD)为2.0～3.6V。通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电源 。

当主电源VDD掉电后，通过VBAT脚为实时时钟(RTC)和备份寄存器提供电源。

3. PWR电源控制寄存器简介

PWR（Power Control）电源控制负责管理STM32内部的电源供电部分，可以实现可编程电压监测器和低功耗模式的功能。

可编程电压监测器（PVD）可以监控VDD电源电压，当VDD下降到PVD阀值以下或上升到PVD阀值之上时，PVD会触发中断，用于执行紧急关闭任务。

电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)中的PVDO标志用来表明VDD是高于还是低于PVD的电压阀值。该事件在内部连接到外部中断的第16线，如果该中断在外部中断寄存器中是使能的，该事件就会产生中断。

4. STM32 的低功耗模式分类

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。

STM32F10xxx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、系统时钟(SysTick)等仍在运行)

● 停止模式(所有的时钟都已停止)

● 待机模式(1.8V电源关闭)

此外，在运行模式下，可以通过以下方式中的一种降低功耗：

● 降低系统时钟

● 关闭APB和AHB总线上未被使用的外设时钟。

使用下面三种方式之前务必需要打开PWR的时钟。

__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();

4.1 睡眠模式

1. 执行完WFI/WFE指令后，STM32进入睡眠模式，程序暂停运行，唤醒后程序从暂停的地方继续运行
2. SLEEPONEXIT位决定STM32执行完WFI或WFE后，是立刻进入睡眠，还是等STM32从最低优先级的中断处理程序中退出时进入睡眠
3. 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
4. WFI指令进入睡眠模式，可被任意一个NVIC响应的中断唤醒
5. WFE指令进入睡眠模式，可被唤醒事件唤醒

/**
  * @brief Enters Sleep mode.
  * @note  In Sleep mode, all I/O pins keep the same state as in Run mode.
  * @param Regulator: Regulator state as no effect in SLEEP mode -  allows to support portability from legacy software
  * @param SLEEPEntry: Specifies if SLEEP mode is entered with WFI or WFE instruction.
  *           When WFI entry is used, tick interrupt have to be disabled if not desired as 
  *           the interrupt wake up source.
  *           This parameter can be one of the following values:
  *            @arg PWR_SLEEPENTRY_WFI: enter SLEEP mode with WFI instruction
  *            @arg PWR_SLEEPENTRY_WFE: enter SLEEP mode with WFE instruction
  * @retval None
  */
void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry)

其中在该接口上，Regulator并没有使用，SLEEPEntry可以选择WFI（等待中断）或者WFE（等待事件）两种模式，一般使用配置WFI即可。

4.2 停止模式

1. 执行完WFI/WFE指令后，STM32进入停止模式，程序暂停运行，唤醒后程序从暂停的地方继续运行
2. 1.8V供电区域的所有时钟都被停止，PLL、HSI和HSE被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来
3. 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
4. 当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI被选为系统时钟
5. 当电压调节器处于低功耗模式下，系统从停止模式退出时，会有一段额外的启动延时
6. WFI指令进入停止模式，可被任意一个EXTI中断唤醒
7. WFE指令进入停止模式，可被任意一个EXTI事件唤醒

/**
  * @brief Enters Stop mode. 
  * @note  In Stop mode, all I/O pins keep the same state as in Run mode.
  * @note  When exiting Stop mode by using an interrupt or a wakeup event,
  *        HSI RC oscillator is selected as system clock.
  * @note  When the voltage regulator operates in low power mode, an additional
  *         startup delay is incurred when waking up from Stop mode. 
  *         By keeping the internal regulator ON during Stop mode, the consumption
  *         is higher although the startup time is reduced.    
  * @param Regulator: Specifies the regulator state in Stop mode.
  *          This parameter can be one of the following values:
  *            @arg PWR_MAINREGULATOR_ON: Stop mode with regulator ON
  *            @arg PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON: Stop mode with low power regulator ON
  * @param STOPEntry: Specifies if Stop mode in entered with WFI or WFE instruction.
  *          This parameter can be one of the following values:
  *            @arg PWR_STOPENTRY_WFI: Enter Stop mode with WFI instruction
  *            @arg PWR_STOPENTRY_WFE: Enter Stop mode with WFE instruction   
  * @retval None
  */
void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry)

//example
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);

停止模式可以选择电压调节器开启或者是低功耗，使用过程没有什么差别，两种方式差别主要是低功耗消耗能量更少，并且同样有WFI和WFE两种模式。

当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI被选为系统时钟，因此当退出停止模式的时候，需要在唤醒的中断或者事件回调函数中重新初始化系统主频，否则会导致系统工作异常。

4.3 待机模式

1. 执行完WFI/WFE指令后，STM32进入待机模式，唤醒后程序从头开始运行
2. 整个1.8V供电区域被断电，PLL、HSI和HSE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
3. 在待机模式下，所有的I/O引脚变为高阻态（浮空输入）
4. WKUP引脚的上升沿、RTC闹钟事件的上升沿、NRST引脚上外部复位、IWDG复位退出待机模式

/**
  * @brief Enters Standby mode.
  * @note  In Standby mode, all I/O pins are high impedance except for:
  *          - Reset pad (still available) 
  *          - TAMPER pin if configured for tamper or calibration out.
  *          - WKUP pin (PA0) if enabled.
  * @retval None
  */
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void)

直接调用该接口即可进行待机模式，待机模式只有四种事件能够将其唤醒，如上一句话所说，因此需要配置所需的唤醒方式。

实际测试采用WKUP上升沿以及RTC闹钟事件两种方式。

1. WKUP上升沿

HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);

该接口会模式配置WKUP引脚为输入下拉模式，当获取到上升沿即会自动唤醒MCU。

2. RTC闹钟模式

HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BIN);

使用该模式需要对RTC进行初始化以及配置RTC_Alarm中断事件，使能NVIC等操作，RTC_Alarm事件是挂在EXTI线中断上的。

• ! 注意使用待机模式，由于1.8V供电区域会断电，SRAM和寄存器内容会丢失，因此MCU会重新复位，不会继续向下运行，实测发现需要在程序开头手动清除唤醒和Standby标志，接口如下，否则下一次调用HAL_PWR_EnterSTANDBYMode程序就直接复位重启了，不会进入休眠。

  __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); // 清除唤醒标志
  __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB); // 清除 Standby 标志

猜测可能是PWR寄存器不在1.8V供电区域内，而在VDD供电区域，因此1.8V掉电不影响PWR寄存器，需要手动进行清除，否则会影响下一次进入/退出低功耗。