如何在RT-Thread潘多拉开发板上实现电源管理？

　　简介

随着物联网(IoT)的兴起，产品对功耗的需求越来越强烈。作为数据采集的传感器节点通常需要在电池供电时长期工作，而作为联网的SOC也需要有快速的响应功能和较低的功耗。
在产品开发的起始阶段，首先考虑是尽快完成产品的功能开发。在产品功能逐步完善之后，就需要加入电源管理功能。为了适应IoT的这种需求，RT-Thread提供了电源管理框架。电源管理框架的理念是尽量透明，使得产品加入低功耗功能更加轻松。
本文的示例都是在潘多拉开发板下运行。潘多拉开发板是 RT-Thread 和正点原子联合推出的硬件平台，该平台上专门为 IoT 领域设计，并提供了丰富的例程和文档。
MCU通常提供了多种时钟源供用户选择。例如潘多拉开发板上板载的 STM32L475 就可以选择 LSI/MSI/HSI 等内部时钟，还可以选择 HSE/LSE 等外部时钟。MCU 内通常也集成了 PLL(Phase-locked loops)，基于不同的时钟源，向 MCU 的其他模块提供更高频率的时钟。
为了支持低功耗功能，MCU 里也会提供不同的休眠模式。例如 STM32L475 里，可以分成 SLEEP模式、STOP模式、STANDBY模式。这些模式还可以有进一步的细分，以适应不同的场合。
本节主要展示了如何开启 PM 组件和相应的驱动，并通过例程来演示常见场景下，应用应该如何管理模式。
最后，本节将介绍 RT-Thread PM 组件在 STM32L476 上的移植和注意事项。
配置工程

在潘多拉开发板上运行电源管理组件，需要下载潘多拉开发板的相关资料、RT-Thread 源码和 ENV 工具。

• RT-Thread 源码
• ENV 工具
  

开启 Env 工具，进入潘多拉开发板的 BSP 目录（rt-thread/bsp/stm32/stm32l475-atk-pandora），在 Env 命令行里输入 menuconfig 进入配置界面配置工程。

• 配置 PM 组件：勾选 BSP 里面的RT-Thread Components ---> Device Drivers --->
• Using Power Management device drivers：
  

• 配置内核选项：使用 PM 组件需要更大的 IDLE 线程的栈，这里使用了1024 字节。例程里还使用 Software timer，所以我们还需要开启相应的配置
  

• 配置完成，保存并退出配置选项，输入命令scons --target=mdk5生成 mdk5 工程；
  

打开mdk5 工程可以看到相应的源码以及被添加进来：

使用

定时应用

在定时应用里，我们创建了一个周期性的软件定时器，定时器任务里周期性输出当前的 OS Tick。如果创建软件定时器成功之后，使用rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_DEEP)请求深度睡眠模式。以下是示例核心代码（该代码可以直接复制 main.c 里运行）：
#include #include #include #ifndef RT_USING_TIMER_SOFT    #error "Please enable soft timer feature!"#endif#define TIMER_APP_DEFAULT_TICK  (RT_TICK_PER_SECOND * 2)#ifdef RT_USING_PMstatic rt_timer_t timer1;static void _timeout_entry(void *parameter){    rt_kprintf("current tick: %ld/n", rt_tick_get());}static int timer_app_init(void){    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_IDLE);    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_LIGHT);    timer1 = rt_timer_create("timer_app",                             _timeout_entry,                             RT_NULL,                             TIMER_APP_DEFAULT_TICK,                             RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER);    if (timer1 != RT_NULL)    {        rt_timer_start(timer1);        /* keep in timer mode */        rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_DEEP);        return 0;    }    else    {        return -1;    }}INIT_APP_EXPORT(timer_app_init);#endif /* RT_USING_PM */按下复位按键重启开发板，打开终端软件，我们可以看到有定时输出日志：
/ | /- RT -     Thread Operating System / | /     4.0.1 build May  9 2019 2006 - 2019 Copyright by rt-thread teammsh >current tick: 2001current tick: 4002current tick: 6003current tick: 8004我们可以在msh里输入pm_dump命令观察PM组件的模式状态：
pm_dump| Power Management Mode | Counter | Timer |+-----------------------+---------+-------+|             None Mode |       0 |     0 ||             Idle Mode |       1 |     0 ||       LightSleep Mode |       1 |     0 ||        DeepSleep Mode |       1 |     1 ||          Standby Mode |       0 |     0 ||         Shutdown Mode |       0 |     0 |+-----------------------+---------+-------+pm current sleep mode: Idle Modepm current run mode:   Normal Speedmsh >以上的输出说明，PM 组件里 Idle、Light Sleep、Deep Sleep 都被请求了一次，现在正处于空闲模式（Idle Mode）。
我们依次输入命令pm_release 1和pm_release 2 手动释放 Idle  和 Light Sleep 模式后，将进入Deep Sleep Mode。进入Deep Sleep Mode之后会定时唤醒，shell 还是一直在输出：
msh />pm_release 1msh />msh />current tick: 8023current tick: 10024current tick: 12025msh />pm_release 2msh />msh />current tick: 14026current tick: 16027current tick: 18028current tick: 20029current tick: 22030current tick: 24031我们可以通过功耗仪器观察功耗的变化。下图是基于 Monsoon Solutions Inc 的 Power Monitor 的运行截图，可以看到随着模式变化，功耗明显变化：

休眠时显示2mA是仪器的误差。
按键唤醒应用

在按键唤醒应用里，我们使用 wakeup 按键来唤醒处于休眠模式的 MCU。一般情况下，在 MCU 处于比较深度的休眠模式，只能通过特定的方式唤醒。MCU 被唤醒之后，会触发相应的中断。以下例程是从 Deep Sleep 模式唤醒 MCU 并闪烁 LED 之后，再次进入休眠的例程。以下是核心代码（该代码可以直接复制 main.c 里运行）：
#include #include #include #ifdef RT_USING_PM#define WAKEUP_EVENT_BUTTON                 (1 << 0)#define PIN_LED_R                           GET_PIN(E, 7)#define WAKEUP_PIN                          GET_PIN(C, 13)#define WAKEUP_APP_THREAD_STACK_SIZE        1024static rt_event_t wakeup_event;static void wakeup_callback(void *args){    rt_event_send(wakeup_event, WAKEUP_EVENT_BUTTON);}static void wakeup_init(void){    rt_pin_mode(WAKEUP_PIN, PIN_MODE_INPUT_PULLUP);    rt_pin_attach_irq(WAKEUP_PIN, PIN_IRQ_MODE_FALLING, wakeup_callback, RT_NULL);    rt_pin_irq_enable(WAKEUP_PIN, 1);}static void wakeup_app_entry(void *parameter){    wakeup_init();    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_DEEP);    while (1)    {        if (rt_event_recv(wakeup_event,                          WAKEUP_EVENT_BUTTON,                          RT_EVENT_FLAG_AND | RT_EVENT_FLAG_CLEAR,                          RT_WAITING_FOREVER, RT_NULL) == RT_EOK)        {            rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_NONE);            rt_pin_mode(PIN_LED_R, PIN_MODE_OUTPUT);            rt_pin_write(PIN_LED_R, 0);            rt_thread_delay(rt_tick_from_millisecond(500));            rt_pin_write(PIN_LED_R, 1);            rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);        }    }}static int wakeup_app(void){    rt_thread_t tid;    wakeup_event = rt_event_create("wakup", RT_IPC_FLAG_FIFO);    RT_ASSERT(wakeup_event != RT_NULL);    tid = rt_thread_create("wakeup_app", wakeup_app_entry, RT_NULL,                           WAKEUP_APP_THREAD_STACK_SIZE, RT_MAIN_THREAD_PRIORITY, 20);    RT_ASSERT(tid != RT_NULL);    rt_thread_startup(tid);    return 0;}INIT_APP_EXPORT(wakeup_app);#endif上面的代码里，我们创建一个线程，这个线程里注册了按键中断唤醒回调函数，接着请求深度睡眠模式，每当唤醒中断之后就会触发回调。回调函数里会发送事件WAKEUP_EVENT_BUTTON。这样我们的线程里接收到这个事件之后，首先请求在 None 模式，然后完成 LED 闪烁功能之后，再去释放 None 。

上图是我们三次按下 wakeup 按键的运行截图。每次按下按键，MCU 都会被唤醒点亮 LED 2秒之后，再次进入休眠。
STM32L4 移植 PM

STM32L4 的低功耗模式简介

STM32L476 是 ST 公司推出的一款超低功耗的 Crotex-M4 内核的 MCU，支持多个电源管理模式，其中最低功耗 Shutdown 模式下，待机电流仅 30 nA。ST 公司 把 L476 的电管管理分为很多种，但各个模式的并非功耗逐级递减的特点，下面是各个模式之间的状态转换图：

尽管 STM32L476 的低功耗模式很多，但本质上并不复杂，理解它的原理有助于我们移植驱动，同时更好的在产品中选择合适的模式。
最终决定 STM32L476 系统功耗的主要是三个因素：稳压器（voltage regulator）、CPU 工作频率、芯片自身低功耗的处理，下面分别对三个因素进行阐述。

• 稳压器
  

L4 使用两个嵌入式线性稳压器为所有数字电路、待机电路以及备份时钟域供电，分别是主稳压器（main regulator，下文简称 MR）和低功耗稳压器（low-powerregulator，下文简称 LPR）。稳压器在复位后处于使能状态，根据应用模式，选择不同的稳压器对 Vcore 域供电。其中，MR 的输出电压可以由软件配置为不同的范围（Range 1 和 Rnage 2）。
[tr]稳压器应用场合[/tr]

MR（Range 1）	Vcore = 1.2V，用于运行模式、睡眠模式和停止模式0，MR 未 Vcore 域提供全功率
MR（Range 2）	Vcore = 1.0V，使用的场景同上
LPR	用于低功耗运行模式、低功耗休眠模式、停止模式 1、停止模式2
OFF	Standby 和 Shutdown 模式下，MR 和 LPR 都被关闭

• CPU 工作频率
  

通过降低 CPU 的主频达到降低功耗的目的：
MR 工作在 Range 1 正常模式时，SYSCLK 最高可以工作在 80M；
MR 工作在 Range 2 时，SYSCLK 最高不能超过 26 M；
低功耗运行模式和低功耗休眠模式，即 Vcore 域由 LPR 供电，SYSCLK 必须小于 2M。  

• 芯片本身的低功耗处理
  

芯片本身定义了一系列的休眠模式，如 Sleeep、Stop、Standby 和 Shutdown，前面的四种模式功耗逐渐降低，实质是芯片内部通过关闭外设和时钟来实现。
移植的具体实现

上文简要说明 STM32 的低功耗模式和工作原理，下面介绍 RT-Thread PM 的功能和移植接口。  
RT-Thread 低功耗管理系统从设计上分离运行模式和休眠模式，独立管理，运行模式用于变频和变电压，休眠调用芯片的休眠特性。对于多数芯片和开发来说，可能并不需要考虑变频和变电压，仅需关注休眠模式。  
STM32 L4 系列的芯片有运行模式和低功耗运行模式的概念，同时 MR 还有 Range 2 模式，可用于变频场景。
PM 组件的底层功能都是通过struct rt_pm_ops结构体里的函数完成：
/** * low power mode operations */struct rt_pm_ops{    void (*sleep)(struct rt_pm *pm, uint8_t mode);    void (*run)(struct rt_pm *pm, uint8_t mode);    void (*timer_start)(struct rt_pm *pm, rt_uint32_t timeout);    void (*timer_stop)(struct rt_pm *pm);    rt_tick_t (*timer_get_tick)(struct rt_pm *pm);};

• 移植休眠模式
  

移植休眠模式仅需关注 sleep 接口，根据 PM 用户手册相关介绍，首先将 RT-Thread 的休眠模式和 STM32 的模式作一个转换：
[tr]RT-ThreadSTM32描述[/tr]

PM_SLEEP_MODE_NONE	Run	正常运行模式，不进行任何降功耗的措施
PM_SLEEP_MODE_IDLE	Run	正常运行模式，可选择 WFI(等待中断唤醒)和WFE(等待事件唤醒)，此处暂不处理
PM_SLEEP_MODE_LIGHT	Sleep	轻度睡眠模式，执行 ST 的 Sleep 模式
PM_SLEEP_MODE_DEEP	Stop2	深度睡眠模式，执行 ST 的 Stop2 模式
PM_SLEEP_MODE_STANDBY	Standby	待机模式，执行 ST 的 Standby 模式
PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN	Shutdown	停止模式，执行 ST 的 Shtudown 模式

下面是具体的实现:
#include #include #include static void sleep(struct rt_pm *pm, uint8_t mode){    switch (mode)    {    case PM_SLEEP_MODE_NONE:        break;    case PM_SLEEP_MODE_IDLE:        // __WFI();        break;    case PM_SLEEP_MODE_LIGHT:        /* Enter SLEEP Mode, Main regulator is ON */        HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);        break;    case PM_SLEEP_MODE_DEEP:        /* Enter STOP 2 mode  */        HAL_PWREx_EnterSTOP2Mode(PWR_STOPENTRY_WFI);        break;    case PM_SLEEP_MODE_STANDBY:        /* Enter STANDBY mode */        HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();        break;    case PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN:        /* Enter SHUTDOWNN mode */        HAL_PWREx_EnterSHUTDOWNMode();        break;    default:        RT_ASSERT(0);        break;    }}int rt_hw_pm_init(void){    static const struct rt_pm_ops _ops =    {        sleep,        RT_NULL,        RT_NULL,        RT_NULL,        RT_NULL    };    rt_uint8_t timer_mask = 0;    /* Enable Power Clock */    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();    /* initialize system pm module */    rt_system_pm_init(&_ops, timer_mask, RT_NULL);    return 0;}INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_pm_init);目前为止，ST 的休眠模式已经初步加入了，能够满足部分的应用场景。打开命令行，输入请求/释放休眠模式命令，可以观察到功耗显著降低。

• 移植时间补偿接口
  

某些情况下，我们可能需要系统在空闲时进入 Stop 模式，以达到更低的将功耗效果。L476 Stop 2 模式下的电流可以达到 1.6 uA 左右，ST 手册上对 Stop2 模式的描述如下：  
Stop 2 模式基于 Cortex-M4 深度睡眠模式与外设时钟门控。在 Stop 2 模式下， Vcore 域中的所有时钟都会停止， PLL、 MSI、 HSI16 和 HSE 振荡器也被禁止。一些带有唤醒功能（I2C3 和 LPUART）的外设可以开启 HSI16 以获取帧，如果该帧不是唤醒帧，也可以在接收到帧后关闭 HSI16。SRAM1、 SRAM2、 SRAM3 和寄存器内容将保留，所有 I/O 引脚的状态与运行模式下相同。
根据手册可知，Stop 2 模式会关闭系统时钟，当前的 OS Tick 基于内核的 Systick 定时器。那么在系统时钟停止后，OS Tick 也会停止，对于某些依赖 OS Tick 的应用，在进入 Stop 2 模式，又被中断唤醒后，就会出现问题，因此需要在系统唤醒后，对 OS Tick 进行补偿。Stop 2 模式下，绝大多数外设都停止工作，仅低功耗定时器 1（LP_TIM1）选择 LSI 作为时钟源后，仍然能正常运行，所以选择 LP_TIM1 作为 Stop 2 模式的时间补偿定时器。
休眠的时间补偿需要实现三个接口，分别用于启动低功耗定时器、停止定时器、唤醒后获取休眠的 Tick，下面是具体的实现：
static void pm_timer_start(struct rt_pm *pm, rt_uint32_t timeout){    RT_ASSERT(pm != RT_NULL);    RT_ASSERT(timeout > 0);    /**     * 当超时为 RT_TICK_MAX 时，表明系统此时没有依赖 OS Tick 的应用，     * 因此不启动低功耗定时器，避免超时唤醒而增加系统功耗     */    if (timeout != RT_TICK_MAX)    {        /* Convert OS Tick to pmtimer timeout value */        timeout = stm32l4_pm_tick_from_os_tick(timeout);        if (timeout > stm32l4_lptim_get_tick_max())        {            timeout = stm32l4_lptim_get_tick_max();        }        /* Enter PM_TIMER_MODE */        stm32l4_lptim_start(timeout);    }}static void pm_timer_stop(struct rt_pm *pm){    RT_ASSERT(pm != RT_NULL);    /* Reset pmtimer status */    stm32l4_lptim_stop();}static rt_tick_t pm_timer_get_tick(struct rt_pm *pm){    rt_uint32_t timer_tick;    RT_ASSERT(pm != RT_NULL);    timer_tick = stm32l4_lptim_get_current_tick();    return stm32l4_os_tick_from_pm_tick(timer_tick);}int rt_hw_pm_init(void){    static const struct rt_pm_ops _ops =    {        sleep,        RT_NULL,        pm_timer_start,        pm_timer_stop,        pm_timer_get_tick    };    rt_uint8_t timer_mask = 0;    /* Enable Power Clock */    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();    /* initialize timer mask */    timer_mask = 1UL << PM_SLEEP_MODE_DEEP;    /* initialize system pm module */    rt_system_pm_init(&_ops, timer_mask, RT_NULL);    return 0;}休眠时间补偿的移植相对并不复杂，根据 Tick 配置低功耗定时器超时，唤醒后获取实际休眠时间并转换为OS Tick，告知 PM 组件即可。另外，从 Stop 2 模式唤醒后，默认会切换到内部的 MSI 时钟，通常需要重新配置时钟树。

• 移植运行模式
  

STM32L476 的运行模式移植主要是通过改变CPU 频率 和 稳压器，让其工作在 MR Range 2 或者 LP_RUN 模式，两个模式切换都会触发 CPU 频率改变的操作，这是一个比较危险的操作，我们在此处不作介绍。但是RT-Thread 仓库的 stm32l476-nucleo 有完整的实现，且已通过测试，如果项目中有此需求，可以参考该 bsp。

　　简介

随着物联网(IoT)的兴起，产品对功耗的需求越来越强烈。作为数据采集的传感器节点通常需要在电池供电时长期工作，而作为联网的SOC也需要有快速的响应功能和较低的功耗。
在产品开发的起始阶段，首先考虑是尽快完成产品的功能开发。在产品功能逐步完善之后，就需要加入电源管理功能。为了适应IoT的这种需求，RT-Thread提供了电源管理框架。电源管理框架的理念是尽量透明，使得产品加入低功耗功能更加轻松。
本文的示例都是在潘多拉开发板下运行。潘多拉开发板是 RT-Thread 和正点原子联合推出的硬件平台，该平台上专门为 IoT 领域设计，并提供了丰富的例程和文档。
MCU通常提供了多种时钟源供用户选择。例如潘多拉开发板上板载的 STM32L475 就可以选择 LSI/MSI/HSI 等内部时钟，还可以选择 HSE/LSE 等外部时钟。MCU 内通常也集成了 PLL(Phase-locked loops)，基于不同的时钟源，向 MCU 的其他模块提供更高频率的时钟。
为了支持低功耗功能，MCU 里也会提供不同的休眠模式。例如 STM32L475 里，可以分成 SLEEP模式、STOP模式、STANDBY模式。这些模式还可以有进一步的细分，以适应不同的场合。
本节主要展示了如何开启 PM 组件和相应的驱动，并通过例程来演示常见场景下，应用应该如何管理模式。
最后，本节将介绍 RT-Thread PM 组件在 STM32L476 上的移植和注意事项。
配置工程

在潘多拉开发板上运行电源管理组件，需要下载潘多拉开发板的相关资料、RT-Thread 源码和 ENV 工具。

• RT-Thread 源码
• ENV 工具
  

开启 Env 工具，进入潘多拉开发板的 BSP 目录（rt-thread/bsp/stm32/stm32l475-atk-pandora），在 Env 命令行里输入 menuconfig 进入配置界面配置工程。

• 配置 PM 组件：勾选 BSP 里面的RT-Thread Components ---> Device Drivers --->
• Using Power Management device drivers：
  

• 配置内核选项：使用 PM 组件需要更大的 IDLE 线程的栈，这里使用了1024 字节。例程里还使用 Software timer，所以我们还需要开启相应的配置
  

• 配置完成，保存并退出配置选项，输入命令scons --target=mdk5生成 mdk5 工程；
  

打开mdk5 工程可以看到相应的源码以及被添加进来：

使用

定时应用

在定时应用里，我们创建了一个周期性的软件定时器，定时器任务里周期性输出当前的 OS Tick。如果创建软件定时器成功之后，使用rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_DEEP)请求深度睡眠模式。以下是示例核心代码（该代码可以直接复制 main.c 里运行）：
#include #include #include #ifndef RT_USING_TIMER_SOFT    #error "Please enable soft timer feature!"#endif#define TIMER_APP_DEFAULT_TICK  (RT_TICK_PER_SECOND * 2)#ifdef RT_USING_PMstatic rt_timer_t timer1;static void _timeout_entry(void *parameter){    rt_kprintf("current tick: %ld/n", rt_tick_get());}static int timer_app_init(void){    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_IDLE);    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_LIGHT);    timer1 = rt_timer_create("timer_app",                             _timeout_entry,                             RT_NULL,                             TIMER_APP_DEFAULT_TICK,                             RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER);    if (timer1 != RT_NULL)    {        rt_timer_start(timer1);        /* keep in timer mode */        rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_DEEP);        return 0;    }    else    {        return -1;    }}INIT_APP_EXPORT(timer_app_init);#endif /* RT_USING_PM */按下复位按键重启开发板，打开终端软件，我们可以看到有定时输出日志：
/ | /- RT -     Thread Operating System / | /     4.0.1 build May  9 2019 2006 - 2019 Copyright by rt-thread teammsh >current tick: 2001current tick: 4002current tick: 6003current tick: 8004我们可以在msh里输入pm_dump命令观察PM组件的模式状态：
pm_dump| Power Management Mode | Counter | Timer |+-----------------------+---------+-------+|             None Mode |       0 |     0 ||             Idle Mode |       1 |     0 ||       LightSleep Mode |       1 |     0 ||        DeepSleep Mode |       1 |     1 ||          Standby Mode |       0 |     0 ||         Shutdown Mode |       0 |     0 |+-----------------------+---------+-------+pm current sleep mode: Idle Modepm current run mode:   Normal Speedmsh >以上的输出说明，PM 组件里 Idle、Light Sleep、Deep Sleep 都被请求了一次，现在正处于空闲模式（Idle Mode）。
我们依次输入命令pm_release 1和pm_release 2 手动释放 Idle  和 Light Sleep 模式后，将进入Deep Sleep Mode。进入Deep Sleep Mode之后会定时唤醒，shell 还是一直在输出：
msh />pm_release 1msh />msh />current tick: 8023current tick: 10024current tick: 12025msh />pm_release 2msh />msh />current tick: 14026current tick: 16027current tick: 18028current tick: 20029current tick: 22030current tick: 24031我们可以通过功耗仪器观察功耗的变化。下图是基于 Monsoon Solutions Inc 的 Power Monitor 的运行截图，可以看到随着模式变化，功耗明显变化：

休眠时显示2mA是仪器的误差。
按键唤醒应用

在按键唤醒应用里，我们使用 wakeup 按键来唤醒处于休眠模式的 MCU。一般情况下，在 MCU 处于比较深度的休眠模式，只能通过特定的方式唤醒。MCU 被唤醒之后，会触发相应的中断。以下例程是从 Deep Sleep 模式唤醒 MCU 并闪烁 LED 之后，再次进入休眠的例程。以下是核心代码（该代码可以直接复制 main.c 里运行）：
#include #include #include #ifdef RT_USING_PM#define WAKEUP_EVENT_BUTTON                 (1 << 0)#define PIN_LED_R                           GET_PIN(E, 7)#define WAKEUP_PIN                          GET_PIN(C, 13)#define WAKEUP_APP_THREAD_STACK_SIZE        1024static rt_event_t wakeup_event;static void wakeup_callback(void *args){    rt_event_send(wakeup_event, WAKEUP_EVENT_BUTTON);}static void wakeup_init(void){    rt_pin_mode(WAKEUP_PIN, PIN_MODE_INPUT_PULLUP);    rt_pin_attach_irq(WAKEUP_PIN, PIN_IRQ_MODE_FALLING, wakeup_callback, RT_NULL);    rt_pin_irq_enable(WAKEUP_PIN, 1);}static void wakeup_app_entry(void *parameter){    wakeup_init();    rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_DEEP);    while (1)    {        if (rt_event_recv(wakeup_event,                          WAKEUP_EVENT_BUTTON,                          RT_EVENT_FLAG_AND | RT_EVENT_FLAG_CLEAR,                          RT_WAITING_FOREVER, RT_NULL) == RT_EOK)        {            rt_pm_request(PM_SLEEP_MODE_NONE);            rt_pin_mode(PIN_LED_R, PIN_MODE_OUTPUT);            rt_pin_write(PIN_LED_R, 0);            rt_thread_delay(rt_tick_from_millisecond(500));            rt_pin_write(PIN_LED_R, 1);            rt_pm_release(PM_SLEEP_MODE_NONE);        }    }}static int wakeup_app(void){    rt_thread_t tid;    wakeup_event = rt_event_create("wakup", RT_IPC_FLAG_FIFO);    RT_ASSERT(wakeup_event != RT_NULL);    tid = rt_thread_create("wakeup_app", wakeup_app_entry, RT_NULL,                           WAKEUP_APP_THREAD_STACK_SIZE, RT_MAIN_THREAD_PRIORITY, 20);    RT_ASSERT(tid != RT_NULL);    rt_thread_startup(tid);    return 0;}INIT_APP_EXPORT(wakeup_app);#endif上面的代码里，我们创建一个线程，这个线程里注册了按键中断唤醒回调函数，接着请求深度睡眠模式，每当唤醒中断之后就会触发回调。回调函数里会发送事件WAKEUP_EVENT_BUTTON。这样我们的线程里接收到这个事件之后，首先请求在 None 模式，然后完成 LED 闪烁功能之后，再去释放 None 。

上图是我们三次按下 wakeup 按键的运行截图。每次按下按键，MCU 都会被唤醒点亮 LED 2秒之后，再次进入休眠。
STM32L4 移植 PM

STM32L4 的低功耗模式简介

STM32L476 是 ST 公司推出的一款超低功耗的 Crotex-M4 内核的 MCU，支持多个电源管理模式，其中最低功耗 Shutdown 模式下，待机电流仅 30 nA。ST 公司 把 L476 的电管管理分为很多种，但各个模式的并非功耗逐级递减的特点，下面是各个模式之间的状态转换图：

尽管 STM32L476 的低功耗模式很多，但本质上并不复杂，理解它的原理有助于我们移植驱动，同时更好的在产品中选择合适的模式。
最终决定 STM32L476 系统功耗的主要是三个因素：稳压器（voltage regulator）、CPU 工作频率、芯片自身低功耗的处理，下面分别对三个因素进行阐述。

• 稳压器
  

L4 使用两个嵌入式线性稳压器为所有数字电路、待机电路以及备份时钟域供电，分别是主稳压器（main regulator，下文简称 MR）和低功耗稳压器（low-powerregulator，下文简称 LPR）。稳压器在复位后处于使能状态，根据应用模式，选择不同的稳压器对 Vcore 域供电。其中，MR 的输出电压可以由软件配置为不同的范围（Range 1 和 Rnage 2）。
[tr]稳压器应用场合[/tr]

MR（Range 1）	Vcore = 1.2V，用于运行模式、睡眠模式和停止模式0，MR 未 Vcore 域提供全功率
MR（Range 2）	Vcore = 1.0V，使用的场景同上
LPR	用于低功耗运行模式、低功耗休眠模式、停止模式 1、停止模式2
OFF	Standby 和 Shutdown 模式下，MR 和 LPR 都被关闭

• CPU 工作频率
  

通过降低 CPU 的主频达到降低功耗的目的：
MR 工作在 Range 1 正常模式时，SYSCLK 最高可以工作在 80M；
MR 工作在 Range 2 时，SYSCLK 最高不能超过 26 M；
低功耗运行模式和低功耗休眠模式，即 Vcore 域由 LPR 供电，SYSCLK 必须小于 2M。  

• 芯片本身的低功耗处理
  

芯片本身定义了一系列的休眠模式，如 Sleeep、Stop、Standby 和 Shutdown，前面的四种模式功耗逐渐降低，实质是芯片内部通过关闭外设和时钟来实现。
移植的具体实现

上文简要说明 STM32 的低功耗模式和工作原理，下面介绍 RT-Thread PM 的功能和移植接口。  
RT-Thread 低功耗管理系统从设计上分离运行模式和休眠模式，独立管理，运行模式用于变频和变电压，休眠调用芯片的休眠特性。对于多数芯片和开发来说，可能并不需要考虑变频和变电压，仅需关注休眠模式。  
STM32 L4 系列的芯片有运行模式和低功耗运行模式的概念，同时 MR 还有 Range 2 模式，可用于变频场景。
PM 组件的底层功能都是通过struct rt_pm_ops结构体里的函数完成：
/** * low power mode operations */struct rt_pm_ops{    void (*sleep)(struct rt_pm *pm, uint8_t mode);    void (*run)(struct rt_pm *pm, uint8_t mode);    void (*timer_start)(struct rt_pm *pm, rt_uint32_t timeout);    void (*timer_stop)(struct rt_pm *pm);    rt_tick_t (*timer_get_tick)(struct rt_pm *pm);};

• 移植休眠模式
  

移植休眠模式仅需关注 sleep 接口，根据 PM 用户手册相关介绍，首先将 RT-Thread 的休眠模式和 STM32 的模式作一个转换：
[tr]RT-ThreadSTM32描述[/tr]

PM_SLEEP_MODE_NONE	Run	正常运行模式，不进行任何降功耗的措施
PM_SLEEP_MODE_IDLE	Run	正常运行模式，可选择 WFI(等待中断唤醒)和WFE(等待事件唤醒)，此处暂不处理
PM_SLEEP_MODE_LIGHT	Sleep	轻度睡眠模式，执行 ST 的 Sleep 模式
PM_SLEEP_MODE_DEEP	Stop2	深度睡眠模式，执行 ST 的 Stop2 模式
PM_SLEEP_MODE_STANDBY	Standby	待机模式，执行 ST 的 Standby 模式
PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN	Shutdown	停止模式，执行 ST 的 Shtudown 模式

下面是具体的实现:
#include #include #include static void sleep(struct rt_pm *pm, uint8_t mode){    switch (mode)    {    case PM_SLEEP_MODE_NONE:        break;    case PM_SLEEP_MODE_IDLE:        // __WFI();        break;    case PM_SLEEP_MODE_LIGHT:        /* Enter SLEEP Mode, Main regulator is ON */        HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);        break;    case PM_SLEEP_MODE_DEEP:        /* Enter STOP 2 mode  */        HAL_PWREx_EnterSTOP2Mode(PWR_STOPENTRY_WFI);        break;    case PM_SLEEP_MODE_STANDBY:        /* Enter STANDBY mode */        HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();        break;    case PM_SLEEP_MODE_SHUTDOWN:        /* Enter SHUTDOWNN mode */        HAL_PWREx_EnterSHUTDOWNMode();        break;    default:        RT_ASSERT(0);        break;    }}int rt_hw_pm_init(void){    static const struct rt_pm_ops _ops =    {        sleep,        RT_NULL,        RT_NULL,        RT_NULL,        RT_NULL    };    rt_uint8_t timer_mask = 0;    /* Enable Power Clock */    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();    /* initialize system pm module */    rt_system_pm_init(&_ops, timer_mask, RT_NULL);    return 0;}INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_pm_init);目前为止，ST 的休眠模式已经初步加入了，能够满足部分的应用场景。打开命令行，输入请求/释放休眠模式命令，可以观察到功耗显著降低。

• 移植时间补偿接口
  

某些情况下，我们可能需要系统在空闲时进入 Stop 模式，以达到更低的将功耗效果。L476 Stop 2 模式下的电流可以达到 1.6 uA 左右，ST 手册上对 Stop2 模式的描述如下：  
Stop 2 模式基于 Cortex-M4 深度睡眠模式与外设时钟门控。在 Stop 2 模式下， Vcore 域中的所有时钟都会停止， PLL、 MSI、 HSI16 和 HSE 振荡器也被禁止。一些带有唤醒功能（I2C3 和 LPUART）的外设可以开启 HSI16 以获取帧，如果该帧不是唤醒帧，也可以在接收到帧后关闭 HSI16。SRAM1、 SRAM2、 SRAM3 和寄存器内容将保留，所有 I/O 引脚的状态与运行模式下相同。
根据手册可知，Stop 2 模式会关闭系统时钟，当前的 OS Tick 基于内核的 Systick 定时器。那么在系统时钟停止后，OS Tick 也会停止，对于某些依赖 OS Tick 的应用，在进入 Stop 2 模式，又被中断唤醒后，就会出现问题，因此需要在系统唤醒后，对 OS Tick 进行补偿。Stop 2 模式下，绝大多数外设都停止工作，仅低功耗定时器 1（LP_TIM1）选择 LSI 作为时钟源后，仍然能正常运行，所以选择 LP_TIM1 作为 Stop 2 模式的时间补偿定时器。
休眠的时间补偿需要实现三个接口，分别用于启动低功耗定时器、停止定时器、唤醒后获取休眠的 Tick，下面是具体的实现：
static void pm_timer_start(struct rt_pm *pm, rt_uint32_t timeout){    RT_ASSERT(pm != RT_NULL);    RT_ASSERT(timeout > 0);    /**     * 当超时为 RT_TICK_MAX 时，表明系统此时没有依赖 OS Tick 的应用，     * 因此不启动低功耗定时器，避免超时唤醒而增加系统功耗     */    if (timeout != RT_TICK_MAX)    {        /* Convert OS Tick to pmtimer timeout value */        timeout = stm32l4_pm_tick_from_os_tick(timeout);        if (timeout > stm32l4_lptim_get_tick_max())        {            timeout = stm32l4_lptim_get_tick_max();        }        /* Enter PM_TIMER_MODE */        stm32l4_lptim_start(timeout);    }}static void pm_timer_stop(struct rt_pm *pm){    RT_ASSERT(pm != RT_NULL);    /* Reset pmtimer status */    stm32l4_lptim_stop();}static rt_tick_t pm_timer_get_tick(struct rt_pm *pm){    rt_uint32_t timer_tick;    RT_ASSERT(pm != RT_NULL);    timer_tick = stm32l4_lptim_get_current_tick();    return stm32l4_os_tick_from_pm_tick(timer_tick);}int rt_hw_pm_init(void){    static const struct rt_pm_ops _ops =    {        sleep,        RT_NULL,        pm_timer_start,        pm_timer_stop,        pm_timer_get_tick    };    rt_uint8_t timer_mask = 0;    /* Enable Power Clock */    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();    /* initialize timer mask */    timer_mask = 1UL << PM_SLEEP_MODE_DEEP;    /* initialize system pm module */    rt_system_pm_init(&_ops, timer_mask, RT_NULL);    return 0;}休眠时间补偿的移植相对并不复杂，根据 Tick 配置低功耗定时器超时，唤醒后获取实际休眠时间并转换为OS Tick，告知 PM 组件即可。另外，从 Stop 2 模式唤醒后，默认会切换到内部的 MSI 时钟，通常需要重新配置时钟树。

• 移植运行模式
  

STM32L476 的运行模式移植主要是通过改变CPU 频率 和 稳压器，让其工作在 MR Range 2 或者 LP_RUN 模式，两个模式切换都会触发 CPU 频率改变的操作，这是一个比较危险的操作，我们在此处不作介绍。但是RT-Thread 仓库的 stm32l476-nucleo 有完整的实现，且已通过测试，如果项目中有此需求，可以参考该 bsp。

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