瑞萨RA系列FSP库开发实战指南之MCU芯片的低功耗模式介绍

第33章

电源管理——低功耗模式

33.1

瑞萨RA芯片电源管理简介

电源对电子设备的重要性不言而喻，它是保证系统稳定运行的基础，而保证系统能稳定运行后，又有低功耗的要求。在很多应用场合中都对电子设备的功耗要求非常苛刻，如某些传感器信息采集设备，仅靠小型的电池提供电源，要求工作长达数年之久，且期间不需要任何维护；由于智慧穿戴设备的小型化要求，电池体积不能太大导致容量也比较小，所以也很有必要从控制功耗入手，提高设备的续航时间。因此，瑞萨RA芯片有专门管理设备的运行模式，确保系统正常运行，并尽量降低器件的功耗。

33.1.1

降低功耗的方式

RA6M5具有多种降低功耗的功能，如设置时钟分频器、EBCLK（External Bus Clock）输出控制、停止模块、在正常模式下选择电源控制模式以及转换到低功耗模式等，下表是对于各种低功耗功能的描述。

表1：低功耗功能描述

33.1.2

通过切换时钟信号降低功耗

可以通过修改SCKDIVCR（System Clock Division Control Register）寄存器修改时钟频率。寄存器如下图所示，根据需求，在对应的位段设置分频值即可。设分频前时钟频率为CLKIN，分频后时钟频率为CLKOUT，分频值为div。则CLKOUT=CLKIN/2div。例如，将SCKDIVCR寄存器的ICK修改为1，则ICLK=PLL/21=100MHz（RA6M5中ICLK默认时钟源是PLL，PLL=200MHz）。

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33.1.3

停止模块功能

停止模块功能可以停止各外设的时钟供应，通过设置MSTPCRn（Module Stop Control Register）（n=A~E）寄存器，可以单独停止外设的时钟供应，此时CPU会继续运行，在寄存器对应位置1则停止对应的外设的时钟供应，置0则恢复时钟供应。例如，要停止SCI4，则在MSTPCRB的第27位置1。当外设对应的位为1时，禁止访问该外设。

选择PLL作为时钟源时，每次只能修改一个位，修改位之后，需要等待至少250ns才能进行后续处理。

33.1.4

功率控制模式

根据工作频率选择合适的功率控制模式，确保频率范围等工作条件在正常范围内。下图为不同功率模式下可用的时钟源。

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33.2

低功耗模式

33.2.1

模式切换框图

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33.2.2

睡眠模式（Sleep Mode）

上电时，默认的低功耗模式即睡眠模式。睡眠模式是最方便的低功耗模式，它不需要任何额外的配置，只需要配置好用于唤醒的中断源。在睡眠模式下，SRAM、处理寄存器和外设状态都会被保留，片上外设可以继续工作，进入睡眠模式以及从睡眠模式唤醒所消耗的时间都是极少的。任何中断或者复位都会将MCU从睡眠模式下唤醒，并开始处理中断，这也包括SysTick系统计时器，因此读者如果用到了RTOS，进入睡眠模式前需要暂停SysTick。

33.2.3

软件待机模式（Software Standby Mode）

在软件待机模式下，CPU以及大部分片上外设功能和所有内部晶振都停止工作。但是会保留CPU内部寄存器和SRAM数据的内容，片上外设以及IO口的状态。软件待机模式可以显著降低功耗，因为大多数振荡器在这种模式下停止。与睡眠模式一样，待机模式需要配置一个中断，并使用它来唤醒MCU。退出软件待机模式时，所有内部晶振都会被启动，待所有晶振稳定后，MCU返回正常模式。

33.2.4

贪睡模式（Snooze Mode）

贪睡模式与软件待机模式相似，但是在贪睡模式下，可以运行很多核心外设和所有时钟，可以执行一些比较简单的任务，与软件待机模式相比，贪睡模式可以实现更加灵活的低功耗配置。

33.2.5

深度软件待机模式（Deep Software Standby Mode）

深度软件待机模式类似于设备关机，CPU状态、SRAM存储的数据以及大部分外设寄存器的数据都会丢失，只有少量外设，如RTC和AGTn（n=0~3）可以运行。因此MCU无法保存上下文，只能以重置的状态唤醒。

下图是用于唤醒软件待机模式，贪睡模式、深度软件待机模式的各中断源是否支持的对比。

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33.3

低功耗模式需要使用的函数及指令

33.3.1

WFI和WFE指令

进入低功耗模式都需要调用WFI（Wait for Interrupt）和WFE（Wait for Event）指令，实际上就是一行汇编指令，在cmsis_gcc.h中被封装为函数。只使用WFI指令可以直接进入睡眠模式。

列表1：WFI和WFE 指令

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/**
*@brief Wait For Interrupt
*@details Wait For Interrupt is a hint instruction that suspends␣
,→execution until one of a number of events occurs.
*/
#define __WFI() __ASM volatile ("wfi":::"memory")
/**
*@brief Wait For Event
*@details Wait For Event is a hint instruction that permits the processor␣
,→to enter
* a low-power state until one of a number of events occurs.
*/
#define __WFE() __ASM volatile ("wfe":::"memory")

 

33.3.2

FSP库函数

低功耗模式的库函数很少，功能也很简单，在下表中列举。

表2：低功耗模式库函数