STM32L 低功耗模式下唤醒时间的测量

只看该作者 · 2021-11-9 10:04

前言
某客户在使用我们的 STM32L073 芯片做项目的开发，据他们的工程师反映在测量低功耗模式下的唤醒时间，他们测试得到的
数据与数据手册中列出的结果不符合，而且差别很大，并且测试了很多片都是这个问题。想咨询我们什么样的测试方法能够
得到一个符合手册规范的数值。

只看该作者 · 2021-11-9 10:06

一、测试
在这里正好选取了手边有的 STM32L053C8-Discovery 探索板。
软件里选取“…STM32Cube_FW_L0_V1.9.0\Projects\STM32L053C8-Discovery\Examples\PWR” 目录下的 PWR_STANDBY
和 PWR_STOP 这项目工程，通过这两个低功耗模式做一个说明测量唤醒时间的方法。

1.1 PWR_STANDBY 模式
查看相应的参考手册 RM，了解 standby 模式下的特点，主要涉及到参考手册中的如下两个表格：

从这两个表格中，我们可以看到其进入低功耗模式的条件，退出模式的条件，退出后执行的情况。对应表格可以看出，退出
STANDBY 模式后执行的是 RESET 复位，唤醒的方法我们选择 WKUP 唤醒引脚的上升沿；进入低功耗的方法有 WFI(wait for
interrupt)和 WFE(wait for event)。

只看该作者 · 2021-11-9 10:06

进入低功耗确认
直接打开运行“…STM32Cube_FW_L0_V1.9.0\Projects\STM32L053C8-Discovery\Examples\PWR” 目录下的
PWR_STANDBY 项目工程，并且阅读工程目录下的 Readme.txt，了解该项目代码是如何进入低功耗模式，以及进入低功耗
的寄存器及时钟方面的配置，这里不再赘述，重点是唤醒时间的测量。

将 JP4 跳线帽拔除，将万用表调至电流档位，串入万用表，全速运行项目代码，观测电流功耗，按下 B1 的按钮，看看电流的
差别，判断程序运行是否正常即可（进入低功耗模式前后电流）。

只看该作者 · 2021-11-9 10:07

唤醒波形的设置
此时程序已经能够正确的进入并能够退出低功耗模式，但由于 Discovery 探索板上是采用机械按钮 B1 的唤醒（通过查看该探
索板的原理图，可以发现 B1 连接到的是 MCU 的 PA0 引脚， WKUP 引脚），基于机械按钮在按下或释放按钮的时候，电平
变高或变低的时候，或存在坡度（按键的抖动和按键电路中电容的影响），这样不利于观察唤醒时间的读取，所以可以的操
作是： 1/去除 B1 按键相关的电路，比如电容等，使得与其相连的 PA0 引脚上面没有电路，这时候可以从外部引入发波的波形
进入 PA0。 2/软件代码里配置其它的唤醒引脚输出脉冲用于唤醒；唤醒引脚上波形的上升沿用于唤醒低功耗模式；
唤醒后的第一条语句的执行
从前面的分析可以知道， STANDBY 模式唤醒后是执行的复位操作，即对应于 IAR 项目程序中的 Reset Handler。在 Reset
Handler 中添加引脚状态的切换（由低变高，或由高变低），引脚边沿的变化即可理解为唤醒后开始执行第一条语句的时间；
这里添加 Reset Handler 中的函数最好是汇编代码，如果是 C 语言代码的话，由于编译工具的优化，可能 C 语言的一句代码，
成为汇编语言的话会变成好几条，这就会影响唤醒时间的测量。

如果仅仅为了了解测试方法简化使用，可以看到 Reset_Hanlder 执行的第一个函数是 SystemInit，所以简化一点，可以在
SystemInit 函数的开始添加如下的代码用于判断唤醒后的第一条语句：

只看该作者 · 2021-11-9 10:10

唤醒时间的计算
唤醒时间的测量，可以读取时间段= [唤醒引脚上波形的上升沿用于唤醒低功耗模式，引脚边沿的变化即可理解为唤醒后开始
执行第一条语句的时间]，也就是两个跳动边沿的时间间隔。
实验结果：
黄色的波形代码的是唤醒引脚 PA0 上的上升沿，是用于将 MCU 从 Standby 模式下唤醒；
蓝色的波形代码的是， MCU 从 STANDBY 模式唤醒后，执行的第一个语句翻转 IO 口，
可以看出， STANDBY 模式唤醒的时间测试结果大致为： 70us，快速唤醒，符合数据手册上的描述：

1.2 PWR_STOP 模式
同样的操作步骤和上述 STANDBY 模式类似，只是通过参考手册表格我们可以知道，唤醒 STOP 模式主要用到的是外部中断
事件， WKUP 引脚不能唤醒了，唤醒后不是执行 RESET 服务，而是继续执行进入 STOP 模式后的下一条指令。
所以基于上述的分析：通过打开示例程序“…STM32Cube_FW_L0_V1.9.0\Projects\STM32L053C8-
Discovery\Examples\PWR” 目录下的 PWR_STOP 项目，主要进行修改如下四个方面：
1/ 系统时钟初始化
修改测试的条件和数据手册中的条件一致，修改 SystemClock_Config()函数，这里选取的是系统时钟 SYSCLK = 32MHz，
HCLK = 16MHZ = HSI；

2/ 测试端口的配置 PB12
添加 for testing 部分的代码，配置 PB12 为 EVENTOUT 模式，事件输出模式，结合__SEV()指令，用于在 PB12 的引脚上输
出一个脉冲，单周期指令；

3/STOP 模式的进入

修改成如下的配置：
注意这里用到的 PWR_STOPENTRY_WFE，而不是 PWR_STOPENTRY_WFI，这样可以避免需要外部的中断事件唤醒处理
等的时间，所以这里也可以发现在中断函数中，由于配置为外部中断，下面这个函数在原项目工程中不再起作用了。

也就是说 PA0 引脚被配置为 GPIO_MODE_EVT_FALLING，外部事件模式，而不是外部中断模式。 PA0 的下降沿用于唤醒
STOP 模式。
4/唤醒后的第一条指令
修改 HAL_PWR_EnterSTOPMode()函数，

只添加 for testing 部分的这一条__SEV()指令；用于唤醒后第一条执行指令也就是在 PB12 引脚上输出一个脉冲。
直接运行程序，
发现实验的结果为：
黄色波形为 PA0 的唤醒波形
蓝色波形为__SEV 指令作用于 PB12 引脚的脉冲。

所以可以看出， STOP 模式下唤醒的时间大约为 5.2us，
数据手册中的数据为 typ 4.9us， max 7 us，符合手册的说明要求。

只看该作者 · 2021-11-9 10:10

二、总结
通过上述的两个示例可以看出，通常结合外部模式（外部中断模式 External Interrupt Mode 或外部事件模式 External Event
Mode）和__SEV()指令翻转 GPIO 口来测量低功耗模式下的唤醒时间测量。
由于外部事件模式不需要额外处理中断时间的特点，所以利用它，我们能够得到更精确的唤醒时间的测量，更适合用于唤醒
后执行下一条命令的低功耗模式。