ARM32开发--电源管理单元

知不足而奋进望远山而前行

文章目录

前言

学习目标

学习内容

PMU

电源域

VDD/VDDA域

备份域

1.2V域

省电模式

睡眠模式

深度睡眠模式

待机模式

几种模式总结

WFI和WFE指令

案例需求

模式初始化

源码

总结

前言

在嵌入式系统中，有效的电池管理和低功耗模式对于延长设备电池寿命至关重要。电池管理单元（PMU）及其相关的电源域和省电模式是实现这一目标的关键组成部分。本文将深入探讨PMU的功能、ARM32中的电源域结构，以及几种常见的省电模式。此外，我们还将了解如何通过在不同省电模式之间切换来优化系统功耗，同时保持系统的响应能力和功能完整性。

学习目标

了解什么是电池管理单元PMU
了解ARM32中的电源域
了解几种省电模式

学习内容

PMU

PMU全称Power Management Unit，电源管理单元。

电源域

总共有三大电源域，包括VDD / VDDA域，1.2V域和备份域。

VDD/VDDA域

VDD/VDDA域如下图：

提供PMU 常规电源供应以下模块的供电：

看门狗
主频晶振
内部晶振
ADC和DAC
LDO电源转换
上电复位
锁相环

备份域

备份域如下图：

备份域提供以下供电：

外部低频时钟晶振
RTC
上电复位
电源转换

1.2V域

1.2V域如下图所示:

这个作用域主要提供：

AHB高速总线的供电
APB外设总线的供电
内存
Cortex-M4的供电

省电模式

总共有三个省电模式：

睡眠模式
深度睡眠模式
待机模式

睡眠模式

睡眠模式时，会关闭 1.2V域中的 Cortex-M4的供电。

深度睡眠模式

进入深度模式时，会关闭 1.2V域中的所有供电；同时关闭VDD/VDDA域中的HXTALIRC16MPLLs

待机模式

进入待机模式时，会关闭1.2V域中的所有供电；同时关闭VDD/VDDA域中的LDO、IRC16M、HXTAL、PLLs；

几种模式总结

WFI和WFE指令

在ARM架构中，WFI（Wait For Interrupt）和 WFE（Wait For Event）是用于使处理器进入低功耗状态的指令。这两个指令主要用于在空闲时暂停处理器的执行，以节省功耗。

WFI指令：

WFI 指令使处理器进入等待中断状态。当处理器执行到 WFI 时，它会进入低功耗模式，直到有一个中断请求到达，将处理器唤醒。在等待中断期间，处理器会停止执行指令，以减少功耗。

WFE指令：

WFE 指令与 WFI 类似，但它不仅能够等待中断，还能够等待事件。事件是由外部设备或其他处理器触发的信号。当执行到 WFE 时，处理器会进入低功耗模式，直到有中断或事件到达，将处理器唤醒。与 WFI 不同，WFE 可以等待中断或事件中的任何一个。

案例需求

让LED1 每间隔一段时间闪烁(500ms)
通过串口切换省电模式

为KEY2配置外部中断按键，按下时LED1自动切换开关

为PA0配置外部中断按键，按下时LED1自动切换开关

模式初始化

static void sleep_mode() {
    // 电池管理单元时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    // 进入睡眠模式
    pmu_to_sleepmode(WFI_CMD);
}

static void deepsleep_mode() {
    // 电池管理单元时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    // 进入深度睡眠模式
    pmu_to_deepsleepmode(PMU_LDO_LOWPOWER, PMU_LOWDRIVER_ENABLE, WFI_CMD);
	// 把主频设置回来
	SystemInit();
}

static void standby_mode() {
    // 电池管理单元时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
	// 清理待机模式标记
	pmu_flag_clear(PMU_FLAG_RESET_STANDBY);
    // 启用唤醒引脚
    pmu_wakeup_pin_enable();
    // 进入待机模式
    pmu_to_standbymode();
}

源码

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "main.h"
#include "USART0.h"
#include "EXTI.h"

void EXTI_on_trig(exti_line_enum linex){
	if(linex == EXTI_1){
		printf("Key Trig\n");
	}
}

void sleep_mode(){	// 睡眠模式
	// PMU -> RCU
	rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
	
	printf("sleepmode1\n");
	// sleep mode
	pmu_to_sleepmode(WFI_CMD);
	
	printf("sleepmode2\n");
}

void deepsleep_mode(){ // 深度睡眠模式
	// PMU -> RCU
	rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
	
	printf("deepsleep 1\n");
	// deepsleep
	pmu_to_deepsleepmode(PMU_LDO_LOWPOWER, PMU_LOWDRIVER_ENABLE, WFI_CMD);
	
	// 把主频设置回来
	SystemInit();
	
	printf("deepsleep 2\n");
}

void standby_mode(){ // 待机模式
	
	// PMU -> RCU
	rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
	
	/* 清理待机模式标记 */
	pmu_flag_clear(PMU_FLAG_RESET_STANDBY);
	
	/* 启用唤醒按钮 enable PMU wakeup pin */
	pmu_wakeup_pin_enable();
	
	printf("standby 1\n");
	// standby待机模式
	pmu_to_standbymode();
	
	printf("standby 2\n");
} 

void USART0_on_recv(uint8_t* data, uint32_t len) {

  printf("recv: %s\n", data);
	
	switch(data[0]){
		case 0x00:	// 睡眠模式
			sleep_mode();
			break;
		case 0x01:	// 深度睡眠模式
			deepsleep_mode();
			break;
		case 0x02:	// 待机模式
			standby_mode();
			break;
		default:
			break;
	}
	
}

static void GPIO_config(){
	// 初始化GPIO PB2
	rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
	gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_2);
	gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_2);
}

static void delay(){
	uint32_t i = 50000000;
	
	while(i--){
		__NOP();
	}
	
}

int main(void)
{
  nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);
//  systick_config();
  USART0_init();
    	
    EXTI_init();
    
    GPIO_config();
    
    printf("Main Init\n");
	
  while(1)
  {	
		// 让PB2切换亮灭
		gpio_bit_toggle(GPIOB, GPIO_PIN_2);
    
//		delay_ms(500);
		// 使用自己的睡眠函数
		delay();
  }
}

注意：

中断优先级配置为NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2情况下：

串口的抢占优先级不能设置为0，否则系统无法正常睡眠，或不能正常唤醒
深度睡眠的外部中断的抢占优先级需要设置为0或1 (比串口高)，否则无法正常唤醒

总结

电池管理单元（PMU）作为电源管理的核心，负责调控各种电源域，包括VDD/VDDA域、1.2V域和备份域。不同的电源域为系统的不同部分提供电源支持，保证了系统在不同工作模式下的正常运行。为了降低功耗，ARM架构中引入了几种省电模式，如睡眠模式、深度睡眠模式和待机模式，每种模式在不同场景下可以有效地降低系统的能耗。通过合理选择和配置这些省电模式，开发人员可以根据具体需求优化设备的能效和电池寿命，从而提升整体系统的性能和可靠性。