STM32L4R5 低功耗模式及唤醒

cruelfox

　　前一个帖子 https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-614926-1-1.html 我已经列出了 Nucleo-L4R5 在2MHz下的运行和Sleep模式下的电流测量结果。下面测试内容是更低功耗的模式：Stop, Standby 和 Shutdown.

　　进入 Sleep 模式之外的省电模式，需要设置 Cortex-m4 的 SCB_SCR 寄存器 SLEEPDEEP 位，也就是启用深度睡眠模式。对于 STM32L4R5, 再根据 PWR_CR1 寄存器中 LPMS[2:0] 位的设置来确定是哪一个低功耗模式。最后再用 WFI/WFE 方法进入休眠模式，代码也不复杂。例如要到 Stop 1模式，可以这么设置：
      SCB->SCR|=1<<SCB_SCR_SLEEPDEEP_Pos;      
      tmp=PWR->CR1;
      tmp &= ~ PWR_CR1_LPMS_Msk;
      PWR->CR1 = tmp|PWR_CR1_LPMS_STOP1;
然后在想休眠时执行 __WFI(); 或者是 __WFE(); 就可以了。

　　注意，在 Stop 0/1/2 模式下，所有寄存器都是保持的，SRAM1, SRAM2 内容也是保持的，SRAM3 是否保持是可选的。但是在 Standby 和 Shutdown 模式下，绝大部分寄存器内容都丢失了，SRAM除了可以在Standby模式下选择保持之外也是要掉电的，唤醒之后系统是复位过程。保持现场是要付出功耗的代价的。
　　我的测试程序中使用了一个局部变量来记录唤醒次数，堆栈在SRAM3中。在 Stop2 模式下，若不启用SRAM3内容保持，堆栈中的数据就丢掉了，于是可以看到程序打印出的数值是随机变化的。当 PWR_CR1 设置 RRSTP=1 后，记录的唤醒次数才正常。

　　串口收到的字符出现乱码我怀疑是从 stop 模式唤醒后 MSI 振荡器频率还没有稳定，导致串口波特率误差大引起的。
　　电流测试结果：(都没有开启 LSE, LSI等时钟）

低功耗模式	电流
Stop 0	250µA
Stop 1	94µA
Stop 2	2.70µA
Stop2 + SRAM3保持	4.34µA
Standby	0.11µA
Standby + SRAM2保持	0.53µA
Shutdown	0.02µA

　　我的万用表分辨率最小只有 0.02µA，所以 Shutdown 模式的电流只能看个大概了。

　　在 Stop 模式下，可以开启 LSI 或者 LSE 振荡器，给RTC或者LPUART1等设备用，应该会增加一些电流消耗，顺便测一下：

Stop 2	Stop 2 + LSE	Stop 2 + LSI
2.69µA	3.07µA	2.95µA

　　启用 LSE 增加大约0.3uA的电流消耗，和手册上数据差不多，这是要使用RTC所需要的。LSI能省一点电，但是作为时钟就不精确了。

　　开启LSE, 并启用RTC之后,  电流又增加了一些。对比手册第一页上的"420nA Standby mode with RTC"来说，我的这个测试电流大了不少。

Stop 2 +RTC	Standby + RTC	Shutdown +RTC
3.28µA	0.75µA	0.66µA

　　奇怪了，我又仔细核对了手册中的表格数据，明白是怎么回事了：420nA那个说明是RTC部分大约带来了0.3µA 的消耗，但是没有算32k晶体振荡器的功耗  所以带上晶体一起算，按照最低的Shutdown模式看也需要0.66µA 的电流才行。我猜如果是为了定时唤醒的话，用LSI+IWDG功耗更省吧。

　　测试一下从 Stop 模式唤醒的时间吧。
　　Nucleo板子有一个现成的用户按钮，在L4R5这个板子上按钮是接在 PC13 脚的。用 EXTI 可以检测这个引脚的上升或下降沿，产生中断或者事件，用来唤醒CPU. 我用的是事件方式，这样少处理ISR函数，简单一点。休眠时用 __WFE(); 等待事件即可。
        RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SYSCFGEN;
        EXTI->EMR1 = 1<<13;                // unmask event
        EXTI->RTSR1 = 1<<13;        // rising edge
        SYSCFG->EXTICR[3] = SYSCFG_EXTICR4_EXTI13_PC;        // use PC13 EXTI
以上代码是配置了EXTI13这条外部请求线，并选择了PORTC为输入，上升沿触发。

　　从程序里面串口输出可以看唤醒次数。为了测量唤醒时间。需要请出我的数字示波器了。

　　示波器一个通道测按钮上的电压，另一个通道测一个随便选的GPIO，在程序中当唤醒之后立即将这个GPIO设成高电平，而在休眠之前设成低电平。

　　先看下Sleep模式(2MHz)的：5个微秒多，好象有点长了。

　　可能跟运行频率有关系？那用4MHz试一下，大约是缩短了一半。

　　这个是Stop 0模式（进入前、唤醒后是2MHz运行）的，比Sleep模式的唤醒时间长了。

　　奇怪的是 Stop 1模式居然唤醒时间还短一点。

　　Stop 2模式比Stop 1模式的唤醒时间稍长一点(忘了保存截图了)。其实这个情况 Stop 0/1/2 的差别算小的了。

　　下面是改变了唤醒之后运行频率的，4MHz时，Stop 2模式的唤醒时间缩短，但是没缩到2MHz的一半。

　　选择唤醒后使用HSI16作为时钟，比MSI 4MHz短了一些。看来系统的准备时间限制住了。



　　但是从standby和Shutdown模式不能用EXTI来唤醒了，因为中断系统已经不能用。PC13这个引叫还有 WKUP2 功能，应该还有办法来唤醒的。

　　我发现在 PWR 里面把 WKUP2 唤醒功能打开就可以从 standby 唤醒了：
      PWR->CR3 |= PWR_CR3_EWUP2;

　　不过，不过，和从 Sleep/Stop 模式唤醒不一样，MCU并不执行 WFE 指令之后的程序，而是——复位了，从ResetHandler开始运行的。
这个情况在我的意料之中。现在暂且想办法测一下唤醒时间吧，那就在初始化过后就把 GPIO 设一下，让示波器抓。

　　这个唤醒时间就比Stop模式长了很多了，而且运行频率2MHz/4MHz的差别也不大。Shutdown模式也是同理的，都是上电重启动了。

　　如果要在 Standby/Shutdown 模式唤醒后接着 WFI/WFE 指令后面开始运行，需要软件上做技术处理。也没必要一定跳转到上次的位置执行，只要程序初始化时识别出是唤醒过程而非其它原因的复位，并且能恢复之前保存的软件状态，接着做唤醒之后该做的任务就好了。用Standby模式的话，可以把SRAM2的数据保留。如果还嫌功耗大，就只能用 32 个backup register来保存最重要的变量了。


　　总结，STM32L4R5 (以及以前的一些STM32L4型号，我没这么测过）的低功耗模式是挺省电的，几个到几十个微秒的唤醒时间，可以应付很多情况了。

waiman-156411

厉害

zero99

不错的文章，谢谢分享！已汇总到
https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-614299-1-1.html

并且也会汇总到3月技术原创中~~

zhang7309

感谢分享