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【星闪】Hi2821 | 低功耗开发 + 低功耗管理及按键唤醒例程

news 2025/10/13 8:50:27

1. 简介

1.1 低功耗模式

Hi2821 一共有 3 种低功耗模式——WFI、浅度睡眠和深度睡眠，它们的区别如下：

模式	芯片状态	特点
WFI	CPU停止工作。部分时钟降频/关闭。	所有中断都能打断这一状态，让CPU继续工作。 OsTick正常保持（周期：1ms）。
浅度睡眠	CPU不下电，RAM不下电，所有外设可控下电。只支持部分外设中断唤醒。	蓝牙/星闪广播/连接保持正常。支持GPIO输出电平保持。
深度睡眠	CPU下电，RAM不下电，ULP_GPIO、ULP_WDT以外其他外设下电。只支持少数外设中断唤醒。	蓝牙/星闪广播/连接保持正常。 GPIO输出失效，管脚上下拉正常。 osal_timer定时功能正常。用户自己初始化的外设，唤醒后需自行恢复。

1.2 低功耗条件

首先，系统中会有一个投票系统（veto），系统初始时否决票数为 0。如果有某个外设或用户调用 uapi_pm_add_sleep_veto 函数，就会投入否决票，此时系统在空闲时只能进入 WFI 模式。如果不存在否决票，那么系统空闲时会关闭 osTimer 并进入浅睡模式；如果进入浅睡的时间超过了深睡的阈值，那么系统将进入深睡模式。

1.3 唤醒源

浅度睡眠下支持以下唤醒源：

#define PM_LPM_MCPU_CWDT_INT_WAKEUP             14
#define PM_LPM_MCPU_ULP_INT_WAKEUP              13
#define PM_LPM_MCPU_BT_OSC_EN_WAKEUP            12
#define PM_LPM_MCPU_DAP_WAKEUP                  11
#define PM_LPM_MCPU_SSI_WAKEUP                  10
#define PM_LPM_MCPU_GPIO_WAKEUP                 9
#define PM_LPM_MCPU_M_RTC_WAKEUP                8
#define PM_LPM_MCPU_SPI1_INT_WAKEUP             7
#define PM_LPM_MCPU_UART_L1_RX_WAKEUP           6
#define PM_LPM_MCPU_UART_H0_RX_WAKEUP           5
#define PM_LPM_MCPU_UART_L0_RX_WAKEUP           4
#define PM_LPM_MCPU_SPI2_INT_WAKEUP             3
#define PM_LPM_MCPU_QDEC_INT_WAKEUP             2
#define PM_LPM_MCPU_KEYSCAN_INT_WAKEUP          0

深度睡眠下支持以下唤醒源：

#define PM_LPM_MCPU_WKUP_MASK                   (BIT(PM_LPM_MCPU_CWDT_INT_WAKEUP) | \BIT(PM_LPM_MCPU_ULP_INT_WAKEUP) | \BIT(PM_LPM_MCPU_BT_OSC_EN_WAKEUP) | \BIT(PM_LPM_MCPU_M_RTC_WAKEUP))

1.4 外设下电

外设	深睡下电说明	唤醒恢复说明
Pinctrl	输出模式失能，上下拉和驱动能力正常	使用 uapi_pin_set_mode 恢复各个外设的管脚模式
GPIO	下电，进入睡眠时 SDK 自动将配置同步到 ULP GPIO	用户自行恢复
UART	下电	SDK 自动恢复（使能 CONFIG_UART_SUPPORT_LPM 宏）
I2C		用户自行恢复
ADC		用户自行恢复
DMA		用户自行恢复
PWM		用户自行恢复
WDT		SDK 自动恢复（使能 CONFIG_WATCHDOG_SUPPORT_LPM 宏）
TIMER		SDK 自动恢复（使能 CONFIG_TIMER_SUPPORT_LPM 宏）
RTC		SDK 自动恢复（使能 CONFIG_RTC_SUPPORT_LPM 宏）
SysTick		SDK 自动恢复（使能 CONFIG_SYSTICK_SUPPORT_LPM 宏）
TCXO		SDK 自动恢复（使能 CONFIG_TCXO_SUPPORT_LPM 宏）
SFC		SDK 自动恢复（使能 CONFIG_SFC_SUPPORT_LPM 宏）
SPI		用户自行恢复
QDEC		用户自行恢复
KEYSCAN		用户自行恢复
RAM & Flash	不下电
ULP GPIO
ULP RTC
ULP WDT

1.5 低功耗调试

1.5.1 中断和任务

在 config.py 中添加 OS_DFX_SUPPORT 全局宏定义，主任务会定时打印最近触发的中断号和运行的任务。

使用此功能时确保没有重定义 app_main 函数；如果重定义了，可以通过调用 print_os_task_id_and_name 函数查看系统任务信息，调用 os_dfx_print_info 函数查看最近触发的中断和运行的任务。

1.5.2 工作和空闲时间统计

在 product_evb_standard.h 中使能 PM_MCPU_MIPS_STATISTICS_ENABLE 宏。

包含 pm_porting.h 头文件，调用 pm_get_time_before_sleep 函数获取进入睡眠前的时刻；调用 pm_get_total_work_time 函数获取工作的总时间；调用 pm_get_time_after_sleep 函数获取唤醒时的时刻；调用 pm_get_total_work_time 函数获取上一次工作的总时长；调用 pm_get_total_idle_time 获取上一次休眠的总时长。

1.5.3 唤醒原因

在 product_evb_standard.h 文件中使能 PM_SLEEP_DEBUG_ENABLE 宏。

唤醒源的的各位说明如下：

bit0：较为特殊，一般是由于在睡眠过程中被其他唤醒源唤醒导致，定位原因仍需看其他位；
bit1：ulp_gpio；
bit2：ulp_rtc（包含任务中的 osal_msleep 行为定时调度和 osal_timer 软调度）；
bit3：osc_en（和蓝牙业务有关，收发数据前需提前唤醒）；
bit4：NFC。

1.5.4 VETO投票信息

包含 pm_veto.h 头文件，调用 uapi_pm_veto_get_info 函数，返回的结构体定义如下：

typedef struct {uint8_t total_counts;uint8_t sub_counts[PM_VETO_ID_MAX];
} pm_veto_counts_t;typedef struct {pm_veto_counts_t veto_counts;uint16_t last_veto_id;uint32_t last_veto_lr;uint64_t veto_timeout_timestamp;
} pm_veto_t;

1.5.5 睡眠信息

需在 Kconfig 中使能 CONFIG_PM_SLEEP_RECORD_ENABLE。

包含 pm_sleep.h 头文件，调用 uapi_pm_get_sleep_info 函数，返回的结构体定义如下：

typedef struct sleep_veto {uint16_t last_veto_count;uint16_t last_veto_id;
} sleep_veto_t;typedef struct sleep_event {uint16_t slp_event;uint16_t wkup_event;
} sleep_event_t;typedef struct sleep_history {uint64_t total_slp_time  : 48;uint64_t total_slp_count : 16;
} sleep_history_t;typedef struct sleep_info {uint64_t        sleep_base_time;sleep_veto_t    sleep_veto;sleep_event_t   event;sleep_history_t sleep_history[PM_SLEEP_MAX];
} sleep_info_t;

1.6 Kconfig

Power supply by ldo：当主控供电采用 LDO 时使能；
Reduce the frequency of low-speed peripgerals：降低低速外设的工作频率至 8MHz，包括TIMER、UART_L0、UART_L1、I2C、KEYSCAN、QDEC；
Reduce frequency during wfi：在 WFI 模式下降低外设频率；
Enable ultra-deep sleep：使能超级低功耗；
Enable the xo fast start：使能外部晶振快速起振；
Enable the 32k xo clock：使能外部晶振；
Support close ulp-wdt during sleep：睡眠时关闭看门狗；
Prevents pin 18/26/27/31 from mis-triggering interrupts during sleep：避免特定管脚在睡眠时的中断误触发。

ENABLE SLEEP RECORD：使能睡眠信息记录；
ENABLE POWERGATING：使能睡眠掉电功能；
VETO ENABLE TRACK：使能 veto 跟踪；
The light sleep time threshold：浅睡阈值；
The deep sleep time threshold：深睡阈值；
Enable wakeup interrupt：使能唤醒中断；
Pm sys support：使能低功耗管理任务；

2. 例程

例程中将配置一个 GPIO 管脚为输入中断，演示低功耗应用中的管脚配置和中断管理。

2.1 代码

#include <stdint.h>#include "app_init.h"
#include "pinctrl.h"
#include "gpio.h"
#include "soc_osal.h"
#include "ulp_gpio.h"
#include "pm_sys.h"#define PM_SAMPLE_GPIO_NUM  2static void pm_gpio_irq_func(pin_t pin, uintptr_t param)
{unused(param);osal_printk("[pm_sys]gpio%d irq.\r\n", pin);uapi_gpio_clear_interrupt(pin);uapi_pm_work_state_reset();
}static void pm_ulpgpio_wkup_handler(uint8_t ulp_gpio)
{uapi_pm_wkup_process(0);osal_printk("ulp_gpio%d wakeup\r\n", ulp_gpio);
}static ulp_gpio_int_wkup_cfg_t g_pm_wk_cfg = {0, PM_SAMPLE_GPIO_NUM, true, ULP_GPIO_INTERRUPT_FALLING_EDGE, pm_ulpgpio_wkup_handler
};static void pm_gpio_slp_cfg(void)
{uapi_gpio_deinit();ulp_gpio_init();ulp_gpio_int_wkup_config(&g_pm_wk_cfg, 1);
}void pm_gpio_wkup_cfg(void)
{ulp_gpio_deinit();uapi_gpio_init();uapi_pin_set_mode(PM_SAMPLE_GPIO_NUM, 0);uapi_pin_set_pull(PM_SAMPLE_GPIO_NUM, PIN_PULL_UP);uapi_gpio_set_dir(PM_SAMPLE_GPIO_NUM, GPIO_DIRECTION_INPUT);uapi_gpio_register_isr_func(PM_SAMPLE_GPIO_NUM, GPIO_INTERRUPT_FALLING_EDGE, pm_gpio_irq_func);
}static int32_t pm_state_work_to_standby(uintptr_t arg)
{unused(arg);uint32_t irq_status = osal_irq_lock();pm_gpio_slp_cfg();osal_irq_restore(irq_status);return 0;
}static int32_t pm_state_standby_to_sleep(uintptr_t arg)
{unused(arg);return 0;
}static int32_t pm_state_standby_to_work(uintptr_t arg)
{unused(arg);uint32_t irq_status = osal_irq_lock();pm_gpio_wkup_cfg();osal_irq_restore(irq_status);return 0;
}static int32_t pm_state_sleep_to_work(uintptr_t arg)
{unused(arg);uint32_t irq_status = osal_irq_lock();pm_gpio_wkup_cfg();osal_irq_restore(irq_status);return 0;
}void pm_low_power_entry(void)
{pm_state_trans_handler_t handler = {.work_to_standby = pm_state_work_to_standby,.standby_to_sleep = pm_state_standby_to_sleep,.standby_to_work = pm_state_standby_to_work,.sleep_to_work = pm_state_sleep_to_work,};uapi_pm_state_trans_handler_register(&handler);uapi_pm_work_state_reset();uapi_pm_set_state_trans_duration(5000, 10000);
}app_run(pm_low_power_entry);void app_main(void *unused)
{(void) unused;#if defined(CONFIG_PINCTRL_SUPPORT_IE)uapi_pin_set_ie(PM_SAMPLE_GPIO_NUM, PIN_IE_1);
#endif /* CONFIG_PINCTRL_SUPPORT_IE */pm_gpio_wkup_cfg();app_tasks_init();
}

1. 初始化 GPIO

例程中使用的是 IO2 管脚，调用 uapi_pin_set_ie 函数使能管脚输入（如果使能了 CONFIG_PINCTRL_SUPPORT_IE 宏）。

调用 ulp_gpio_deinit 去初始化 ULP GPIO。

其余的就是基本的 GPIO 初始化，配置管脚为输入上拉，使能中断，下降沿触发。中断服务函数里面打印管脚号，清除中断位，调用 uapi_pm_work_state_reset 去复位低功耗定时器。

2. 初始化低功耗管理

调用 uapi_pm_state_trans_handler_register 函数初始化低功耗管理回调，结构体定义如下：

typedef struct pm_state_trans_handler {pm_state_trans_func_t work_to_standby;     /* 工作态转换到待机状态（如interval调大） */pm_state_trans_func_t standby_to_sleep;    /* 工作态转换到深睡状态（如断连、关广播） */pm_state_trans_func_t standby_to_work;     /* 待机态转换到工作状态（如interval调小） */pm_state_trans_func_t sleep_to_work;       /* 深睡态转换到工作状态（如开广播） */
} pm_state_trans_handler_t;

4 个回调里面的操作都是大同小异的，如果是从低功耗到工作状态就初始化 GPIO，如果是从工作到低功耗状态就初始化 ULP GPIO。

初始化 ULP GPIO 时，先调用 uapi_gpio_deinit 去初始化 GPIO，再调用 ulp_gpio_init 初始化 ULP GPIO，最后调用 ulp_gpio_int_wkup_config 配置 ULP GPIO 的中断，结构体定义如下：

typedef enum {ULP_GPIO_INTERRUPT_LOW,ULP_GPIO_INTERRUPT_HIGH,ULP_GPIO_INTERRUPT_FALLING_EDGE,ULP_GPIO_INTERRUPT_RISING_EDGE,ULP_GPIO_INTERRUPT_DEDGE
} ulp_gpio_interrupt_t;typedef struct ulp_gpio_int_wkup_cfg {/* ulp_gpio共有8个(0-7) */uint8_t ulp_gpio;/*** 0-31：IO管脚，参考 pin_t 。* 32：swd_clk管脚* 33：swd_io管脚* 34：gpio或mask0，低电平：0，高电平：1，可以将多个低电平管脚绑定成或mask0，中断触发选上升沿或高电平，一个脚被拉高即触发中断。* 35：gpio与mask0，低电平：0，高电平：1，可以将多个高电平管脚绑定成与mask0，中断触发选下降沿或低电平，一个脚被拉低即触发中断。* 36：gpio或mask1，低电平：0，高电平：1，可以将多个低电平管脚绑定成或mask1，中断触发选上升沿或高电平，一个脚被拉高即触发中断。* 37：gpio与mask1，低电平：0，高电平：1，可以将多个高电平管脚绑定成与mask1，中断触发选下降沿或低电平，一个脚被拉低即触发中断。* 补充：mask管脚绑定可以使用接口 ulp_gpio_mask_pin_set。*/uint8_t wk_mux;bool int_enable;ulp_gpio_interrupt_t trigger;ulp_gpio_irq_cb_t irq_cb;
} ulp_gpio_int_wkup_cfg_t;

中断服务函数里面也是打印管脚号，然后调用 uapi_pm_wkup_process 函数让底层处理唤醒。

调用 uapi_pm_set_state_trans_duration 函数设置浅睡阈值和深睡阈值，单位毫秒。

2.2 测试

系统启动后打印 pm_sys_entry 表示低功耗管理任务正在运行。mail.state switch 指示当前切换的低功耗模式，定义如下：

typedef enum pm_state_trans {PM_STATE_WORK_TO_STANDBY    = 0,PM_STATE_STANDBY_TO_SLEEP   = 1,PM_STATE_STANDBY_TO_WORK    = 2,PM_STATE_SLEEP_TO_WORK      = 3,PM_STATE_TRANS_NUM          = 4,
} pm_state_trans_t;

系统启动后，等待 5 秒后进入浅睡模式；再次等待 5 秒，进入深睡模式；此时将 IO2 接地，ULP_GPIO0 中断触发，芯片切换到工作模式；此时再次将 IO2 接地，现在就是 GPIO2 的中断触发。

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