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2019年11月15日 | stm8低功耗唤醒

2019-11-15 来源：eefocus

一．MCU耗能因素

现代的MCU一般使用CMOS技术，耗能包括2种，静态消耗和动态消耗。

总电能消耗=静态消耗+动态消耗，

即：IDD=f×IDynamicRun[uA/MHz]+IStatic[uA].

静态消耗：主要是晶体管消耗能量；

因此，电能消耗依赖于：

1.MCU芯片尺寸或者说晶体管的数目；

2.MCU供电电压降低电压可以成平方级别地降低电能消耗；

3.时钟频率可以把时钟频率降低到刚好满足应用需要；

4.外设数目，使能的外设越多，耗能越大；

5.运行模式合理选择工作模式可以大幅节能，如，全速工作极短时间后进入睡眠模式

二．节能方法

1.关闭不需要使用的外设；

2.所有未使用的引脚必须连接到一个确定的逻辑电平；

3.当有外设必须保持激活时，使用Wait模式来获得低功耗；

4.使用合适的VDD值；

5.尽可能地使用低功耗运行模式；

6.如果不能使用低功耗模式，那就将主频降低到满足应用的最小值；

7.如果可能，使用动态控制I/O引脚的上拉功能。

三．低功耗模式

支持低功耗的MCU一般都有好几种运行模式，以ST公司的STM8L为例，它支持5种低功耗模式：

等待、低功耗运行、低功耗等待、主动停止、停止模式。

表1：STM8L低功耗运行模式：每一种模式的进入方式，节能级别和外设工作要求

模式	等待模式（wait）		低功耗运行	低功耗等待	主动停止	停机模式
入口	WF（I由中断唤醒）	WFE（则由事件唤醒）	软件代码	软件代码+WFE	HALT	HALT
晶振	开	开	LSI或LSE	LSI或LSE	LSI或LSE	关
CPU	关	关	开	关	关	关
外设	开	开	开	开	关，仅RTC开	关
唤醒	所有内部和外部中断，复位	所有内部和外部中断，复位，唤醒事件	软件代码，复位	内部和外部事件，复位	外部中断，RTC中断，复位	外部中断，复位
电压调节器	MVR	MVR	ULP	ULP	CLK_ICKCR	ULP
程序执行区	FLASH	FLASH	RAM	RAM	FLASH	FLASH
FLASH+E2	开	开	关	关	关	关
中断	允许	允许	禁止	禁止	允许	允许
中断服务后返回状态	AL=0：main AL=1：WFI	WFE	/	/	AL=0：main AL=1主动停止	AL=0：main AL=1：停止
事件处理后返回状态	/	Main	/	低功耗运行	/	/
RAM+寄存器	保留	保留	保留	保留	保留	保留
@3V/25℃	5.9uA		5.4uA	3.3uA	1.0uA	0.4uA
特殊事项	/	/	禁止ADC	/	清除外设悬挂中断标志位

单片机中的WFI/WFE指令

进入低功耗模式的两个指令，

WFI进入则可由任意中断唤醒，WFE进入则由事件唤醒

WFI = wait for interrupt 等待中断，即下一次中断发生前都在此hold住不干活
WFE = wait for event 等待事件，即下一次事件发生前都在此hold住不干活
执行这两条语句后CPU功耗会降低，通常用这两条语句来省电。

表2选择合理的STM8L节能模式

节能要求	应用场合	睡眠时长	唤醒方式	恢复时长	运行模式
苛刻	CPU空闲，等待外部信号唤醒	长	外部中断	≥2.8us	HALT（停机模式）
苛刻	CPU空闲，等待时钟周期唤醒	长	RTC周期	≥2.8us	Active-halt活跃停机模式
严格	CPU有持续、微负荷任务运行	/	/	≥2.8us	低功耗运行
严格	CPU短暂等待中断发生	短	任意中断	短	等待中断
严格	CPU短暂等待事件发生	短	注册事件	短	等待事件
需要	CPU有持续、轻负荷任务运行	/	/	/	调整主频

简单地来说，就是：

1）wait（等待模式）：时钟关闭、外设可用。通过中断、外部中断、复位，能退出本模式。

2）Active-halt（活跃停机模式）：时钟关闭、外设关闭、RTC开启。通过RTC中断、外部中断、复位，能退出本模式。

3）Halt（停机模式）（功耗最低）：时钟关闭、外设关闭。通过外部中断、复位，能退出本模式。

另外，上图同时说明了默认上电时是运行模式，在运行模式时可通过如下方法降低功耗：

1）降低时钟频率。

2）关闭没用的外设时钟。

3）（香瓜补充）无用的IO口配置为输出低。

四、调试低功耗的调试一般分为以下几个步骤：

答

1、休眠模式的设置；2、I/O口状态的配置；3、硬件电路的调试；4、各个功能之间的工作间隙。

五.进入低功耗模式与低功耗唤醒流程的具体步骤？

答：

1）进入低功耗模式的流程

①关闭外设时钟。

②所有IO设置为输出低（注意低电平使能的得设置为输出高）。

③初始化中断口的IO。

④时钟频率降至最低（2M）。

⑤打开中断总开关。

⑥调用停机模式的函数。

2）低功耗唤醒的流程

①初始化系统时钟。

②初始化用到的外设。

所有中断允许处理器从等待模式退出。只有重置或事件允许处理器从低功率等待模式退出。这种模式在低功率运行模式下执行WFE指令。一个事件的唤醒使系统回到低功率运行模式（参见更多细节）。只有外部和其他特定的中断允许处理器从停止和active暂停模式退出（请参阅中断，并在中断向量表中从主动暂停中唤醒。数据表)。当从停止模式中醒来时，当几个未决中断出现时，第一个中断中断服务只能是一种中断模式功能的中断。这是选择通过图30所示的决策过程。如果最高优先级的中断不能从停止模式唤醒设备，它将会被服务。如果有任何内部或外部中断（例如，在计时器中）发生中断指令正在执行，停止指令已经完成，但是中断调用了在停止指令完成后立即启动唤醒进程。在这种情况下MCU实际上是从暂停模式唤醒到运行模式，并有相应的延迟在数据表中指定的tWUH。在执行停止指令之前，用户程序必须清除任何未决的外围设备中断（在相应的外围配置中清除未决的中断寄存器)。否则，停止指令就不会执行，程序执行也不会执行仍在继续。

MCU激活级别是通过在cfggcr寄存器中编程AL位来配置的（参见全局配置寄存器（cfggcr））。这个钻头用于控制MCU的低功率模式。在非常低的功率应用中，MCU大部分时间都在wfi/暂停模式下，并被唤醒（通过中断）特定的时刻，以执行特定的任务。其中一些重复的任务是足够短的时间可以直接在ISR中进行处理（中断服务程序），而不是继续回到主程序。为了解决这个问题，你可以在进入低之前设置AL位电源模式（通过执行wfi/停止指令）。因此,中断例程使设备恢复到低功率模式。然后中断例程直接返回到低功耗模式。由于寄存器的事实，运行时/isr的执行减少了上下文只在第一次中断时保存。因此，所有的操作都可以在非常简单的应用程序中在ISR中执行。在更复杂的，中断例程可以通过简单的重置重新启动主程序美联。例如，一个应用程序可能需要被自动唤醒单元（AWU）唤醒。每隔50毫秒，就可以检查一些针/传感器/按钮的状态。大部分的时间，因为这些大头针不活跃，MCU可以在不运行的情况下返回到低功率模式主程序。如果其中一个大头针是活动的，ISR就会决定启动主程序通过重置AL位。

stm8 低功耗唤醒

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