第22章 RTX低功耗之停机模式

2.1.1 STM32F103如何进入停机模式

    在RTX系统中，让STM32进入停机模式比较容易，调用固件库函数PWR_EnterSTOPMode即可，不过要注意：为了进入停机模式，所有的外部中断的请求位(挂起寄存器(EXTI_PR))和RTC的闹钟标志都必须被清除，否则停止模式的进入流程将会被跳过，程序继续运行。

22.1.2 STM32F103如何退出停机模式

    由于我们是采用指令WFI指令进入停机模式，那么设置任一外部中断线EXTI为中断模式并且在NVIC中必须使能相应的外部中断向量，就可以使用此中断唤醒停机模式。
    在开发板上面是将实体按键K2对应的引脚设置为中断方式触发。按下此按键会将系统从停机模式唤醒。

22.1.3 STM32F103使用停机模式注意事项

     使用停机模式注意以下两个问题：
u  进入停机模式前，一定要关闭滴答定时器，实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。
u  当一个中断或唤醒事件导致退出停机模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。这个时候用户要根据需要重新配置时钟，如果使用的HSE时钟，那么要重新配置并使能HSE和PLL。

22.2 STM32F407停机模式介绍

    说明：在RTX系统上面实现停机方式仅需了解这里讲解的知识基本就够用了，更多停机方式的知识请看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™-M4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停机模式，停机模式基于Cortex™-M4F深度睡眠模式与外设时钟门控。调压器既可以配置为正常模式，也可以配置为低功耗模式。在停止模式下，1.2 V域中的所有时钟都会停止， PLL、 HSI和HSE RC振荡器也被禁止。内部SRAM和寄存器内容将保留。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。
    在实际的停机模式编程时需要清楚那些问题呢？ 请继续往下看。

22.2.1 STM32F407如何进入停机模式

    在RTX系统中，让STM32进入停机模式比较容易，调用固件库函数PWR_EnterSTOPMode即可，
    不过要注意：为了进入停止模式，所有EXTI线挂起位（在挂起寄存器 (EXTI_PR)中）、RTC闹钟（闹钟 A和闹钟B）、RTC唤醒、RTC入侵和RTC时间戳标志必须复位,否则停止模式的进入流程将会被跳过，程序继续运行。

22.2.2 STM32F407如何退出停机模式

     由于我们是采用指令WFI指令进入停机模式，那么设置任一外部中断线EXTI为中断模式并且在NVIC中必须使能相应的外部中断向量，就可以使用此中断唤醒停机模式。
    在开发板上面是将实体按键K2对应的引脚设置为中断方式触发。按下此按键会将系统从停机模式唤醒。

22.2.3 STM32F407使用停机模式注意事项

    使用停机模式注意以下两个问题：
u  进入停机模式前，一定要关闭滴答定时器，实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。
u  当一个中断或唤醒事件导致退出停机模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。这个时候用户要根据需要重新配置时钟，如果使用的HSE时钟，那么要重新配置并使能HSE和PLL。

22.3 如何有效降低停机模式下的功耗

    设计低功耗主要从以下几方面着手：
u  注意I/O的状态。因为在停机状态下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。
    l  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。
    l  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。
u  注意I/O和外设IC的连接。
u  测试低功耗的时候，一定不要连接调试器，更不能边调试边测电流。

22.4 实验例程说明

22.4.1 STM32F103开发板实验

配套例子：
    V4-422_RTX实验_低功耗（停机模式）
实验目的：
    1.     学习RTX实验低功耗（停机模式）。
    2.     通过函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP,ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。
实验内容：
    1.K1按键按下，串口打印。
    2.K2按键按下将系统从停机模式模式恢复。
    3.K3按键按下让系统进入停机模式。
     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，这里实现LED闪烁。
       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.关于低功耗的停机模式说明：
        (1) 停止模式是在Cortex-M3的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制，在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.8V供电区域的的所有时钟都被停止，PLL、HIS和HSE的RC振荡器的功能被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来。
        (2) 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。
        (3) 一定要关闭滴答定时器，实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。
        (4) 当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。
        (5) 退出低功耗的停机模式后，需要重新配置使用HSE。
    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：
     注意新加的函数初始化函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。
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)
{
     /* 保证停机模式下调试器继续可以连接使用 */
     DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);
   
     /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */
     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
     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 */
}

K2按键用来将系统从停机模式唤醒，配置如下（在文件bsp_key.c文件）：
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: TouchInterrupt_Configuration
*    功能说明: 停机模式唤醒按键
*    形    参：无
*    返 回 值: 无              
*********************************************************************************************************
*/
static void bsp_InitKeyStopMODE(void)
{
     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
     EXTI_InitTypeDef  EXTI_InitStructure;
     NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
     /* 配置引脚 */
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_PIN_K2;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
     GPIO_Init(GPIO_PORT_K2, &GPIO_InitStructure);
     GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);
     /* 配置外部中断事件 */
     EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
     EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
     EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
     EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
     EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
     /* 16个抢占式优先级，0个响应式优先级 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 15;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
/* 中断服务程序，在文件stm32f10x_it.c里面实现*/
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: EXTI0_IRQHandler
*    功能说明: 外部中断服务程序
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void EXTI0_IRQHandler (void)
{
     if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
     {  
         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); /* 清除中断标志位 */
     }         
}

22.4.2 STM32F407开发板实验

配套例子：
    V5-422_RTX实验_低功耗（停机模式）
实验目的：
    1.     学习RTX实验低功耗（停机模式）。
     2.     通过函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP,ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。
实验内容：
    1.K1按键按下，串口打印。
    2.K2按键按下将系统从停机模式模式恢复。
     3.K3按键按下让系统进入停机模式。
     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，这里实现LED闪烁。
      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.关于低功耗的停机模式说明：
       (1) 停止模式是在Cortex-M4F的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制，在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.2V供电区域的的所有时钟都被停止，PLL、HSI和HSE RC振荡器的功能被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来。
       (2) 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。
       (3) 一定要关闭滴答定时器，实际测试发现滴答定时器中断也能唤醒停机模式。
       (4) 当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSIRC振荡器被选为系统时钟。
        (5) 退出低功耗的停机模式后，需要重新配置使用HSE。
     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（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。

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：