CH32L103低功耗模式

发表于 2024-6-17 16:16

本帖最后由 L-MCU 于 2024-6-17 16:18 编辑

CH32L103具有3种低功耗模式，分别是睡眠模式、停止模式、待机模式。这3种模式下功耗由低到高依次是：待机模式 < 停止模式 < 睡眠模式。该3种模式均可以通过WFI或WFE进入，注意停止模式和待机模式在使用WFI或WFE之前，需要将SLEEPDEEP置1，PDDS清0或置1。

关于SLEEPDEEP位，属于PFIC_SCTLR寄存器位2，如下图，默认值为0。在进入停止模式和待机模式之前需要将该位置1。

关于PDDS位，属于电源控制寄存器（PWR_CTLR）位1 ，如下图，配置1进入待机模式，配置0进入停机模式。注意在配置进入停机模式时，要配置该寄存器位0为1，即电压调节器工作在低功耗模式。

关于WFI与WFE

WFI：

使用WFI进入低功耗模式时，一般采用中断唤醒方式，唤醒后将优先执行中断服务函数。如CH32L103 EVT Sleep_Mode例程，使用WFI进入睡眠模式，采用EXTI0中断唤醒，唤醒后先执行EXTI0中断服务函数再执行接下来函数，打印如下图。在EXTI0唤醒后，先执行中断服务函数打印EXTI0 Wake_up，然后执行main函数while循环中打印。

WFE：

使用WFE进入低功耗模式时，一般采用事件唤醒方式。唤醒事件包括以下3种：

（1）配置一个外部或内部的EXTI线为事件模式，此时无需配置中断控制器；

（2）配置一个中断源，等效为WFI 唤醒，系统优先执行中断服务函数；

（3）配置SLEEPONPEN位，开启外设中断使能，但不开启中断控制器中的中断使能，系统唤醒后需要清除中断挂起位。

关于SLEEPONEXIT与SEVONPEND

SLEEPONEXIT
启用：执行WFI或WFE指令后，微控制器确保所有待处理的中断服务退出后进入低功耗模式。
不启用：执行WFI或WFE指令后，微控制器立即进入低功耗模式。

SEVONPEND
启用：所有中断或者唤醒事件都可以唤醒通过执行WFE进入的低功耗。
不启用：执行WFI或WFE指令后，微控制器立即进入低功耗模式。

1、睡眠模式

关于睡眠模式具体介绍，可参考CH32L103应用书册。

睡眠模式下，内核停止运行，IO引脚保持运行模式下的状态，即进入睡眠模式时，该引脚是高电平就保持高电平，是低电平就保持低电平。

睡眠模式下，外设时钟正常，因为为降低功耗，进入睡眠模式前需要关闭不用的外设时钟。

睡眠模式下，唤醒时间最短，如下图，具体可看CH32L103数据手册。

CH32L103 EVT提供了睡眠模式下使用WFI进入睡眠模式并使用EXTI中断唤醒的例程。在此介绍一下使用WFE进入睡眠并使用3种唤醒事件唤醒的应用，包含对SLEEPONEXIT与SEVONPEND的使用配置。具体程序如下：

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/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************

 * File Name          : main.c

 * Author             : WCH

 * Version            : V1.0.0

 * Date               : 2023/12/26

 * Description        : Main program body.

 *********************************************************************************

 * Copyright (c) 2021 Nanjing Qinheng Microelectronics Co., Ltd.

 * Attention: This software (modified or not) and binary are used for 

 * microcontroller manufactured by Nanjing Qinheng Microelectronics.

 *******************************************************************************/



/*

 *@Note

 *USART Print debugging routine:

 *USART1_Tx(PA9).

 *This example demonstrates using USART1(PA9) as a print debug port output.

 *

 */



#include "debug.h"



/* Global typedef */



/* Global define */



/* Global Variable */



#define  Wake_up_event_1   1

#define  Wake_up_event_2   2

#define  Wake_up_event_3   3



#define  Wake_up_event     Wake_up_event_3





void ALL_GPIO_Init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};



    /* To reduce power consumption, unused GPIOs need to be set as pull-down inputs */

    RCC_PB2PeriphClockCmd(RCC_PB2Periph_GPIOA|RCC_PB2Periph_GPIOB|RCC_PB2Periph_GPIOC|RCC_PB2Periph_GPIOD, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

}

/*********************************************************************

 * @fn      EXTI1_EVT_INIT

 *

 * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]   Initializes EXTI0 collection.

 *

 * [url=home.php?mod=space&uid=266161]@return[/url]  none

 */

void EXTI1_EVT_INIT(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};

    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure = {0};



    RCC_PB2PeriphClockCmd(RCC_PB2Periph_AFIO | RCC_PB2Periph_GPIOA, ENABLE);



    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);



#if (Wake_up_event == Wake_up_event_1)

    /* GPIOA.1 ----> EXTI_Line1 */

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource1);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line1;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Event;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;

    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);



#elif (Wake_up_event == Wake_up_event_2)

    /* GPIOA.1 ----> EXTI_Line1 */

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource1);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line1;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;

    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);



    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure = {0};



    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);



#elif (Wake_up_event == Wake_up_event_3)





    /* GPIOA.1 ----> EXTI_Line1 */

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource1);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line1;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;

    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);



#endif

}



/*********************************************************************

 * @fn      main

 *

 * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]   Main program.

 *

 * [url=home.php?mod=space&uid=266161]@return[/url]  none

 */

int main(void)

{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

    SystemCoreClockUpdate();

    ALL_GPIO_Init();

    Delay_Init();

    USART_Printf_Init(115200);

    printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);

    printf( "ChipID:%08x\r\n", DBGMCU_GetCHIPID() );

    printf("This is printf example\r\n");



    EXTI1_EVT_INIT();



    printf("Enter Sleep Mode\r\n");



    RCC_PB1PeriphClockCmd(RCC_PB1Periph_PWR, ENABLE);



#if (Wake_up_event == Wake_up_event_3)

    //配置PFIC系统控制寄存器SEVONPEND位

    NVIC->SCTLR |= (1 << 4);//配置为1，启用的事件和所有中断都能唤醒

#endif



    __WFE();



#if (Wake_up_event == Wake_up_event_3)

    //唤醒后清除中断标志位

    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);     /* Clear Flag */

#endif



    printf("\r\n ########## \r\n");



    while(1)

    {

        Delay_Ms(1000);

        printf("Run in main\r\n");

    }

}



#if (Wake_up_event == Wake_up_event_2)

void EXTI1_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));

/*********************************************************************

 * @fn      EXTI0_IRQHandler

 *

 * @brief   This function handles EXTI0 Handler.

 *

 * @return  none

 */

void EXTI1_IRQHandler(void)

{

  if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1)!=RESET)

  {

    printf("EXTI1 Wake_up\r\n");

    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);     /* Clear Flag */

  }

}

#endif

Wake_up_event_1对应第1种唤醒事件，配置EXTI1为事件模式进行唤醒，打印信息如下：

当PA1引脚接GND，检测到下降沿事件，唤醒睡眠模式。

Wake_up_event_2对应第2种唤醒事件，配置EXTI1为中断模式进行唤醒，打印信息如下：

当PA1引脚接GND，触发下降沿中断，唤醒睡眠模式。

Wake_up_event_3对应第3种唤醒事件，配置SEVONPEND位，配置EXTI1中断使能，打印信息如下：

当PA1引脚接GND，触发下降沿中断，唤醒睡眠模式，注意唤醒后要清除对应的中断标志位。

2、停止模式

关于停止模式具体介绍，可参考CH32L103应用手册。

通过不同的配置，可选择不同等级的停止模式，具体如下：

停止模式1：LPDS=0；

停止模式2：LPDS=0，AUTO_LDO_EC=1或LPDS=0，LDO_EC=1；

停止模式3：LPDS=1；

停止模式4：LPDS=1，RAMLV=1；

以上配置均基于配置进入停止模式的基础上进行配置。

停止模式进入、4个等级配置以及退出具体程序如下，唤醒方式选择PVD输出唤醒。

复制

/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************

 * File Name          : main.c

 * Author             : WCH

 * Version            : V1.0.0

 * Date               : 2023/12/26

 * Description        : Main program body.

 *********************************************************************************

 * Copyright (c) 2021 Nanjing Qinheng Microelectronics Co., Ltd.

 * Attention: This software (modified or not) and binary are used for 

 * microcontroller manufactured by Nanjing Qinheng Microelectronics.

 *******************************************************************************/



/*

 *@Note

 *USART Print debugging routine:

 *USART1_Tx(PA9).

 *This example demonstrates using USART1(PA9) as a print debug port output.

 *

 */



#include "debug.h"



/* Global typedef */



/* Global define */



/* Global Variable */



#define  Stop_mode_1   1

#define  Stop_mode_2   2

#define  Stop_mode_3   3

#define  Stop_mode_4   4



#define  Stop_mode     Stop_mode_4





void ALL_GPIO_Init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};



    /* To reduce power consumption, unused GPIOs need to be set as pull-down inputs */

    RCC_PB2PeriphClockCmd(RCC_PB2Periph_GPIOA|RCC_PB2Periph_GPIOB|RCC_PB2Periph_GPIOC|RCC_PB2Periph_GPIOD, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

}



void PVD_Config(void)

{

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure={0};

    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure={0};



    /* Enable PWR and BKP clock */

    RCC_PB1PeriphClockCmd(RCC_PB1Periph_PWR | RCC_PB1Periph_BKP, ENABLE);



    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);



    /* 使能 PVD 中断 */

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = PVD_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);



    /* 配置 EXTI16线(PVD 输出) 来产生上升下降沿中断*/

    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line16);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line16;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;

    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);



    /* PVD电压监视阈值设置 */

    /*具体级别根据自己的实际应用要求配置*/

    PWR_PVDLevelConfig(PWR_PVDLevel_7);



    /* 使能PVD输出 */

    PWR_PVDCmd(ENABLE);

}



/*********************************************************************

 * @fn      main

 *

 * @brief   Main program.

 *

 * @return  none

 */

int main(void)

{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

    SystemCoreClockUpdate();

    ALL_GPIO_Init();

    Delay_Init();

    USART_Printf_Init(115200);

    printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);

    printf( "ChipID:%08x\r\n", DBGMCU_GetCHIPID() );

    printf("This is printf example\r\n");



    printf("Enter Stop Mode\r\n");

    PVD_Config();



    RCC_PB1PeriphClockCmd(RCC_PB1Periph_PWR, ENABLE);



#if(Stop_mode==Stop_mode_1)

    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON, PWR_STOPEntry_WFE);

#elif(Stop_mode==Stop_mode_2)

    //配置当进入停止模式后自动节能

    PWR->CTLR |= (1 <<12); //或PWR->CTLR |= (1 <<13);

    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON, PWR_STOPEntry_WFE);

#elif(Stop_mode==Stop_mode_3)

    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFE);

#elif(Stop_mode==Stop_mode_4)

    //使能RAM工作在低电压模式

    PWR->CTLR |= (1 <<20);

    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFE);

#endif

    SystemInit();



    while(1)

    {

        Delay_Ms(1000);

        printf("Run in main\r\n");

    }

}



void PVD_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));

/**

  * @brief  This function handles the PVD Output interrupt request.

  * @param  None

  * @retval None

  */

void PVD_IRQHandler(void)

{

    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line16) != RESET)

    {

        printf("ENter\r\n");

        /* Clear the Key Button EXTI line pending bit */

        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line16);

    }

}

程序中，通过调用PWR_EnterSTOPMode函数可以直接进入停止模式，关于该函数，具有两个入口参数（PWR_Regulator和PWR_STOPEntry）：

PWR_Regulator是对电源控制寄存器（PWR_CTLR）位0进行配置，配置选择停机模式下电压调节器是工作在低功耗模式还是正常模式，一般选择低功耗模式，对该位置1；

PWR_STOPEntry是选择WFI进入或WFE进入，此处配置选择WFE进入，并选择通过第2种唤醒事件进行唤醒，通过PVD中断唤醒。也可配置WFI进入。

进入停止模式时，要对SLEEPDEEP置1，PDDS清0，其中PDDS位为电源控制寄存器（PWR_CTLR）位1，默认是0，PWR_EnterSTOPMode函数中有对PFIC 系统控制寄存器（PFIC_SCTLR）位2置1，即对SLEEPDEEP位置1 ，如下图：

关于停止模式1，即LPDS=0，配置电压调节器工作在正常模式，具体程序如下：

关于停止模式2，即LPDS=0，AUTO_LDO_EC=1，配置电压调节器工作在正常模式，且当进入停止模式后自动节能，具体程序如下：

关于停止模式3，即LPDS=1，配置电压调节器工作在低功耗模式，具体程序如下：

关于停止模式4，即LPDS=1，RAMLV=1，配置电压调节器工作在低功耗模式，且当进入停止模式使能开启RAM工作在低电压模式，具体程序如下：

以上4种模式，其中模式4的功耗最低，相关参数如下图，具体可看CH32L103数据手册。此外注意停止模式下唤醒后系统可以继续运行，但是此时HSI默认为系统时钟，如果配置了其他时钟，需要重新进行系统时钟进行初始化，因此程序中在唤醒后调用SystemInit()函数重新进行了初始化。

3、待机模式

关于待机模式具体介绍，可参考CH32L103应用手册。

相较于停止模式，待机模式下唤醒后，MCU将执行电源复位。CH32L103 EVT提供了待机模式例程以及待机模式下RAM数据保持例程，相对较为全面，唤醒方式等配置基本和睡眠模式、停止模式差不多，在此不再举例赘述，可直接参考EVT例程。

附件例程为文中测试所用例程，可下载参考。

发表于 2024-9-3 11:59

在睡眠模式下，CH32L103的功耗相对较高。此模式下，CPU停止运行，但系统时钟仍然运行，外设功能可以得到保持并根据需要被唤醒

发表于 2024-9-5 10:10

为了进一步降低功耗，建议将未使用的IO口配置为下拉输入模式，并确保内部调压器处于低功耗模式

发表于 2024-9-5 20:07

待机模式是三种模式中功耗最低的模式，此模式下，除了部分具有保持功能的外设，大部分硬件模块的电源都会被切断，包括CPU和绝大多数外设

发表于 2024-9-10 15:21

在待机模式下，当RTC和LSE处于运行状态时，电流可低至1.7uA，这为长时间运行且对功耗要求极其严格的应用提供了可能

发表于 2024-9-21 15:11

睡眠模式适用于需要快速唤醒和短时间进入低能耗状态的应用场景

发表于 2024-9-22 20:09

停止模式是中度低功耗模式，此模式下，CPU和系统时钟均停止，但可以在特定外部刺激或中断发生时被唤醒

发表于 2024-11-3 01:48

低功耗模式下，PD端口需要是DRP模式，应该怎么配置呢

[单片机芯片] CH32L103低功耗模式

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