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[资料干货] 电源管理单元PMU讲解

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 楼主| 虚幻的是灵魂 发表于 2024-9-7 11:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
电源, PMU, 电源管理, TI
本帖最后由 虚幻的是灵魂 于 2024-9-7 12:02 编辑

#申请原创# @21ic小喇叭 @21小跑堂
一、PMU

PMU全称Power Management Unit，电源管理单元。

1、电源域

总共有三大电源域，包括VDD / VDDA域，1.2V域和备份域。

2、VDD/VDDA域

VDD/VDDA域如下图：

提供PMU 常规电源供应以下模块的供电：

  • 看门狗
  • 主频晶振
  • 内部晶振
  • ADC和DAC
  • LDO电源转换
  • 上电复位
  • 锁相环

3、备份域

备份域如下图：

备份域提供以下供电：

  • 外部低频时钟晶振
  • RTC
  • 上电复位
  • 电源转换

4、1.2V域

1.2V域如下图所示:

这个作用域主要提供：

  • AHB高速总线的供电
  • APB外设总线的供电
  • 内存
  • Cortex-M4的供电

二、模式介绍
1、省电模式

总共有三个省电模式：

  • 睡眠模式
  • 深度睡眠模式
  • 待机模式

2、睡眠模式

睡眠模式时，会关闭 1.2V域中的 Cortex-M4的供电。

3、深度睡眠模式

进入深度模式时，会关闭 1.2V域中的所有供电；同时关闭VDD/VDDA域中的HXTALIRC16MPLLs

4、待机模式

进入待机模式时，会关闭1.2V域中的所有供电；同时关闭VDD/VDDA域中的LDO、IRC16M、HXTAL、PLLs；

几种模式总结
模式 睡眠 深度睡眠 待机
描述 仅关闭 CPU 时钟 1、关闭 1.2V 电源域的所有时钟；2、关闭 IRC16M、HXTAL和 PLL 1、关闭 1.2V 电源域的供电；2、关闭 IRC16M、HXTAL和 PLL
LDO状态 开启(正常功耗，正常驱动模式) 开启(正常功耗或低功耗模式，正常驱动或低驱动模式) 关闭
配置 SLEEPDEEP=0 SLEEPDEEP=1，STBMOD =0 SLEEPDEEP=1，STBMOD=1，WURST=1
进入指令 WFI或 WFE WFI或 WFE WFI或 WFE
唤醒 若通过 WFI 进入，则任何中断均可唤醒;若通过 WFE 进入，则任何事件(或SEVONPEND=1时的中断)均可唤醒。 若通过 WFI进入，来自 EXTI的任何中断可唤醒;若通过WFE 进入，来自 EXTI 的任何事件(或 SEVONPEND =1 时的中断)可唤醒 1、NRST 引脚；2、WKUP 引脚；3、FWDGT 复位；4、RTC
唤醒延迟 无 IRC16M 唤醒时间，如果 LDO 处于低功耗模式,需增加 LDO 唤醒时间 上电序列

三、WFI和WFE指令
在ARM架构中，WFI（Wait For Interrupt）和 WFE（Wait For Event）是用于使处理器进入低功耗状态的指令。这两个指令主要用于在空闲时暂停处理器的执行，以节省功耗。

1、WFI指令：

WFI 指令使处理器进入等待中断状态。当处理器执行到 WFI 时，它会进入低功耗模式，直到有一个中断请求到达，将处理器唤醒。在等待中断期间，处理器会停止执行指令，以减少功耗。

2、WFE指令：

WFE 指令与 WFI 类似，但它不仅能够等待中断，还能够等待事件。事件是由外部设备或其他处理器触发的信号。当执行到 WFE 时，处理器会进入低功耗模式，直到有中断或事件到达，将处理器唤醒。与 WFI 不同，WFE 可以等待中断或事件中的任何一个。

四、案例需求

说明：
  • 让LED1 每间隔一段时间闪烁(500ms)
  • 通过串口切换 省电模式



说明：
  • 为KEY2配置外部中断按键，按下时LED2自动切换开关


说明：
  • 为PA0配置外部中断按键，按下时LED3自动切换开关

五、模式初始化1、睡眠模式
复制
  1. static void sleep_mode() {
    

  2.     // 电池管理单元时钟
    

  3.     rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    

  4.     // 进入睡眠模式
    

  5.     pmu_to_sleepmode(WFI_CMD);
    

  6.  
    

  7. }
2、深度睡眠模式
复制
  1. static void deepsleep_mode() {
    

  2.     // 电池管理单元时钟
    

  3.     rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    

  4.     // 进入深度睡眠模式
    

  5.     pmu_to_deepsleepmode(PMU_LDO_LOWPOWER, PMU_LOWDRIVER_ENABLE, WFI_CMD);
    

  6.  
    

  7. }
3、待机模式
复制
  1. static void standby_mode() {
    

  2.     // 电池管理单元时钟
    

  3.     rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    

  4.                 pmu_wakeup_pin_enable();
    

  5.     // 进入待机模式
    

  6.                 pmu_to_standbymode();
    

  7. }
源码：
复制
  1.  
    

  2. #include "gd32f4xx.h"
    

  3. #include "systick.h"
    

  4. #include <stdio.h>
    

  5. #include "main.h"
    

  6. #include "Usart0.h"
    

  7.  
    

  8.  
    

  9. static void sleep_mode() {
    

  10.     // 电池管理单元时钟
    

  11.     rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    

  12.     // 进入睡眠模式
    

  13.     pmu_to_sleepmode(WFI_CMD);
    

  14.  
    

  15. }
    

  16.  
    

  17. static void deepsleep_mode() {
    

  18.     // 电池管理单元时钟
    

  19.     rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    

  20.     // 进入深度睡眠模式
    

  21.     pmu_to_deepsleepmode(PMU_LDO_LOWPOWER, PMU_LOWDRIVER_ENABLE, WFI_CMD);
    

  22.  
    

  23. }
    

  24.  
    

  25. static void standby_mode() {
    

  26.     // 电池管理单元时钟
    

  27.     rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
    

  28.                 pmu_wakeup_pin_enable();
    

  29.     // 进入待机模式
    

  30.                 pmu_to_standbymode();
    

  31. }
    

  32.  
    

  33. void Usart0_on_recv(uint8_t* data, uint32_t len) {
    

  34.     printf("recv: %s\r\n", data);
    

  35.  
    

  36.     if(data[0] == 0x00) {
    

  37.         printf("sleep mode \r\n");
    

  38.         sleep_mode();
    

  39.     } else if(data[0] == 0x01) {
    

  40.         printf("deepsleep mode \r\n");
    

  41.         deepsleep_mode();
    

  42.                                 SystemInit();
    

  43.     } else if(data[0] == 0x02) {
    

  44.         printf("standby mode \r\n");
    

  45.         standby_mode();
    

  46.     } 
    

  47. }
    

  48.  
    

  49. static void EXTI0_config() {
    

  50.     uint32_t extix = EXTI_0;
    

  51.     uint32_t extix_irq = EXTI0_IRQn;
    

  52.     uint32_t extix_irq_pre = 1;
    

  53.     uint32_t extix_irq_sub = 1;
    

  54.  
    

  55.     uint32_t extix_trig = EXTI_TRIG_BOTH;
    

  56.  
    

  57.     uint32_t extix_port_rcu = RCU_GPIOA;
    

  58.     uint32_t extix_port = GPIOA;
    

  59.     uint32_t extix_pin = GPIO_PIN_0;
    

  60.     uint32_t extix_src_port = EXTI_SOURCE_GPIOA;
    

  61.     uint32_t extix_src_pin = EXTI_SOURCE_PIN0;
    

  62.  
    

  63.     /*************** gpio ****************/
    

  64.     // PA0,
    

  65.     // 时钟初始化
    

  66.     rcu_periph_clock_enable(extix_port_rcu);
    

  67.     // 配置GPIO模式
    

  68.     gpio_mode_set(extix_port, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, extix_pin);
    

  69.  
    

  70.     /*************** exti ****************/
    

  71.     // 时钟配置
    

  72.     rcu_periph_clock_enable(RCU_SYSCFG);
    

  73.     // 配置中断源
    

  74.     syscfg_exti_line_config(extix_src_port, extix_src_pin);
    

  75.     // 中断初始化
    

  76.     exti_init(extix, EXTI_INTERRUPT, extix_trig);
    

  77.  
    

  78.     // 配置中断优先级
    

  79.     nvic_irq_enable(extix_irq, extix_irq_pre, extix_irq_sub);
    

  80.     // 使能中断
    

  81.     exti_interrupt_enable(extix);
    

  82.     // 清除中断标志位
    

  83.     exti_interrupt_flag_clear(extix);
    

  84. }
    

  85.  
    

  86. static void EXTI1_config() {
    

  87.     uint32_t extix = EXTI_1;
    

  88.     uint32_t extix_irq = EXTI1_IRQn;
    

  89.     uint32_t extix_irq_pre = 1;
    

  90.     uint32_t extix_irq_sub = 1;
    

  91.  
    

  92.     uint32_t extix_trig = EXTI_TRIG_BOTH;
    

  93.  
    

  94.     uint32_t extix_port_rcu = RCU_GPIOD;
    

  95.     uint32_t extix_port = GPIOD;
    

  96.     uint32_t extix_pin = GPIO_PIN_1;
    

  97.     uint32_t extix_src_port = EXTI_SOURCE_GPIOD;
    

  98.     uint32_t extix_src_pin = EXTI_SOURCE_PIN1;
    

  99.  
    

  100.     /*************** gpio ****************/
    

  101.     // PA0,
    

  102.     // 时钟初始化
    

  103.     rcu_periph_clock_enable(extix_port_rcu);
    

  104.     // 配置GPIO模式
    

  105.     gpio_mode_set(extix_port, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, extix_pin);
    

  106.  
    

  107.     /*************** exti ****************/
    

  108.     // 时钟配置
    

  109.     rcu_periph_clock_enable(RCU_SYSCFG);
    

  110.     // 配置中断源
    

  111.     syscfg_exti_line_config(extix_src_port, extix_src_pin);
    

  112.     // 中断初始化
    

  113.     exti_init(extix, EXTI_INTERRUPT, extix_trig);
    

  114.  
    

  115.     // 配置中断优先级
    

  116.     nvic_irq_enable(extix_irq, extix_irq_pre, extix_irq_sub);
    

  117.     // 使能中断
    

  118.     exti_interrupt_enable(extix);
    

  119.     // 清除中断标志位
    

  120.     exti_interrupt_flag_clear(extix);
    

  121. }
    

  122.  
    

  123. void EXTI0_IRQHandler() {
    

  124.     // 判断寄存器状态
    

  125.     if(SET == exti_interrupt_flag_get(EXTI_0)) {
    

  126.         if(gpio_input_bit_get(GPIOA, GPIO_PIN_0) == SET)
    

  127.         {
    

  128.             /* 按键按下操作的功能 */
    

  129.             gpio_bit_toggle(GPIOG, GPIO_PIN_3);
    

  130.             printf("PA0 press!\r\n");
    

  131.         } else {
    

  132.             /* 按键松开操作的功能 */
    

  133.             printf("PA0 release!\r\n");
    

  134.         }
    

  135.     }
    

  136.     // 清除中断标志位
    

  137.     exti_interrupt_flag_clear(EXTI_0);
    

  138. }
    

  139.  
    

  140. void EXTI1_IRQHandler() {
    

  141.     // 判断寄存器状态
    

  142.     if(SET == exti_interrupt_flag_get(EXTI_1)) {
    

  143.         if(gpio_input_bit_get(GPIOD, GPIO_PIN_1) == SET)
    

  144.         {
    

  145.             gpio_bit_toggle(GPIOD, GPIO_PIN_7);
    

  146.             printf("key2 press!\r\n");
    

  147.         } else {
    

  148.             /* 按键松开操作的功能 */
    

  149.             printf("key2 release!\r\n");
    

  150.         }
    

  151.     }
    

  152.     // 清除中断标志位
    

  153.     exti_interrupt_flag_clear(EXTI_1);
    

  154. }
    

  155.  
    

  156.  
    

  157. int main(void)
    

  158. {
    

  159.     systick_config();
    

  160.     Usart0_init();
    

  161.                 EXTI0_config();
    

  162.                 EXTI1_config();
    

  163.                 
    

  164.                 // LED1
    

  165.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
    

  166.     gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_3);
    

  167.     gpio_output_options_set(GPIOE, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_3);
    

  168.                 // LED2
    

  169.                 rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
    

  170.     gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_7);
    

  171.     gpio_output_options_set(GPIOD, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_7);
    

  172.                 // LED3
    

  173.                 rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOG);
    

  174.     gpio_mode_set(GPIOG, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_3);
    

  175.     gpio_output_options_set(GPIOG, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_3);
    

  176.  
    

  177.     while(1) {
    

  178.         gpio_bit_toggle(GPIOE, GPIO_PIN_3);
    

  179.         delay_1ms(500);
    

  180.     }
    

  181. }


注意：

中断优先级配置为NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2情况下：

  • 串口的抢占优先级不能设置为0，否则系统无法正常睡眠
  • 深度睡眠的外部中断的抢占优先级必须设置为0或1，否则无法正常唤醒


六、总结


普通睡眠：任何中断都会唤醒。

深度睡眠: 唤醒中断睡眠优先级要高一些。

待机： 会重启，不会走下面。





  

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21小跑堂
从MCU的硬件电源管理单元切入，解析不同工作状态下的供电方式，同时从实例出发，延时不同低功耗模式下代码的配置。  发表于 2024-10-10 15:45

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王栋春 发表于 2024-9-7 21:54 | 显示全部楼层
没有接触过类似知识，围观了解一下。   
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咕咕呱呱孤寡 发表于 2024-9-9 08:41 | 显示全部楼层
感谢分享，学习了解
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