ARM32开发--电源管理单元

知不足而奋进 望远山而前行

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目录

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

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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。

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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 -> RCUrcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);printf("sleepmode1\n");// sleep modepmu_to_sleepmode(WFI_CMD);printf("sleepmode2\n");
}void deepsleep_mode(){ // 深度睡眠模式// PMU -> RCUrcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);printf("deepsleep 1\n");// deepsleeppmu_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 -> RCUrcu_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 PB2rcu_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：

1. 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
2. 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

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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。