第23章 RTX低功耗之待机模式

23.1.1 STM32F103如何进入待机模式

    在RTX系统中，让STM32进入待机模式比较容易，调用固件库函数PWR_EnterSTANDBYMode即可。

23.1.2 STM32F103如何退出待机模式

    让STM32从待机模式唤醒可以通过外部复位(NRST引脚)、IWDG复位、WKUP引脚上的上升沿或RTC闹钟事件的上升沿。从待机唤醒后，除了电源控制/状寄存器，所有寄存器被复位。
    从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行。电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。
    在开发板上面是通过K2按键来唤醒，K2按键使用的引脚就是WKUP引脚。

23.1.3 STM32F103使用待机模式注意事项

    待机模式要注意以下问题：
u  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：
    l  复位引脚(始终有效)。
    l  当被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚。
    l  被使能的唤醒引脚。

23.2 STM32F407待机模式介绍

    说明：在RTX系统上面实现待机方式仅需了解这里讲解的知识基本就够用了，更多休眠方式的知识请看STM32F407参考手册和Cortex-M4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。
    STM32F407有三种低功耗模式：
u 睡眠模式(Cortex™-M4F内核停止，所有外设包括Cortex-M4核心的外设，如NVIC、系统滴答定时器Systick等仍在运行)。
u 停止模式(所有的时钟都已停止)。
u 待机模式(1.2V电源关闭)。
    本章节我们主要讲解待机模式，待机模式下可达到最低功耗。待机模式基于Cortex™-M4F深度睡眠模式，其中调压器被禁止。因此1.2 V域断电。PLL、HSI振荡器和HSE 振荡器也将关闭。除备份域RTC寄存器、RTC备份寄存器和备份SRAM）和待机电路中的寄存器外，SRAM 和寄存器内容都将丢失。
    在实际的待机模式编程时需要清楚那些问题呢？ 请继续往下看。

23.2.1 STM32F407如何进入待机模式

    在RTX系统中，让STM32进入待机模式比较容易，调用固件库函数PWR_EnterSTANDBYMode即可。

23.2.2 STM32F407如何退出待机模式

    让STM32从待机模式唤醒可以通过外WKUP 引脚上升沿、RTC闹钟（闹钟A和闹钟B）、RTC唤醒事件、RTC入侵事件、RTC 时间戳事件、NRST引脚外部复位和IWDG 复位，唤醒后除了电源控制/状寄存器，所有寄存器被复位。
    从待机模式唤醒后，程序将按照复位（启动引脚采样、复位向量已获取等）后的方式重新执行。PWR 电源控制/ 状态寄存器(PWR_CSR)中的SBF状态标志指示MCU已处于待机模式。
    在开发板上面是通过K2按键来唤醒，K2按键使用的引脚就是RTC入侵事件检测引脚PC13。

23.2.3 STM32F407使用待机模式注意事项

    待机模式要注意以下问题：
u  将选择的待机模式唤醒源（RTC闹钟A、RTC闹钟B、RTC唤醒、RTC入侵或RTC时间戳标志）对应的RTC标志清零，防止无法正常进入待机模式。
u  待机模式下的 I/O 状态
    l  复位引脚（仍可用）。
    l  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）。
    l  WKUP引脚 (PA0)（如果使能）。

23.3 实验例程说明

23.3.1 STM32F103开发板实验

配套例子：
    V4-423_RTX实验_低功耗（待机模式）
实验目的：
    1.     学习RTX实验低功耗（待机模式）。
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。K2按键还有一个功能就是将系统从待机模式唤醒。
    3.     K3按键按下，系统进入到待机模式。
    4.     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。
    5.     关于低功耗的说明：
        (1)   待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在Cortex-M3深睡眠模式时关闭电压调节器整个1.8V供电区域被断电。PLL、HSI和HSE振荡器也被断电。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。
         (2) 从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行。
    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.在停机模式下，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：
u  Task Configuration
l 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。
l 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：

程序设计：
u  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。
u  系统栈大小分配：

外设初始化：
    使能WKUP引脚PA0，用于将系统从待机模式唤醒。在bsp.c文件里面调用。
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    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。
*             全局变量。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{  
     /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */
     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
   
     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
   
     /* 使能WKUP 引脚PA0，用于将系统从待机模式唤醒 */
     PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);
     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
     bsp_InitLed();         /* 初始LED指示灯端口 */
     bsp_InitKey();         /* 初始化按键 */
   
}

RTX初始化：
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main (void)
{  
     /* 初始化外设 */
     bsp_Init();
   
     /* 创建启动任务 */
     os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
                       4,                        /* 任务优先级 */
                       &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
                       sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
     while(1);
}

RTX任务创建：
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskCreate
*    功能说明: 创建应用任务
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate (void)
{
     HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
                                           1,                         /* 任务优先级 */
                                           &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
                                           sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
   
     HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
                                        2,                       /* 任务优先级 */
                                        &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
                                        sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
   
     HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
                                           3,                         /* 任务优先级 */
                                           &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
                                           sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
}

信号量创建：
复制代码
static OS_SEM semaphore;
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppObjCreate
*    功能说明: 创建任务通信机制
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppObjCreate (void)
{
     /* 创建信号量计数值是0, 用于任务同步 */
     os_sem_init (&semaphore, 0);
}

23.3.2 STM32F407开发板实验

配套例子：
    V5-423_RTX实验_低功耗（待机模式）
实验目的：
    1.     学习RTX实验低功耗（待机模式）。
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.     K2按键还有一个功能是将系统从待机模式唤醒，唤醒方式是用过K2按键对应的引脚PC13检测RTC的入侵事件。
    4.     K3按键按下，系统进入到待机模式。
    5.     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。
    6.     关于低功耗的说明：
       (1)  待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在Cortex-M4F深睡眠模式时关闭电压调节器整个1.2V供电区域被断电。PLL、HSI和HSE振荡器也被断电。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。
        (2) 从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行。
    7.     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.在停机模式下，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：
u  Task Configuration
l 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。
l 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：

程序设计：
u  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。
u  系统栈大小分配：

RTX初始化：
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main (void)
{  
     /* 初始化外设 */
     bsp_Init();
   
     /* 创建启动任务 */
     os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
                       4,                        /* 任务优先级 */
                       &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
                       sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
     while(1);
}