STM32L053C8 MCU上的低功耗模式詳解

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的超低功耗MCU系列采用低泄漏技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)出色的低電流消耗，使其非常適合電池供電和能量收集應(yīng)用。為了充分利用這些器件的低功耗功能，有必要知道可用的低功耗模式，如何配置它們以及最適合哪些任務(wù)。本文概述了STM32L053C8 MCU上的低功耗模式。但是，由于該系列的低功耗模式相同，因此可以使用任何STM32L0器件。 STM32L1系列和STM32L4系列還包括在超低功耗系列中。這些器件是性能更高的產(chǎn)品，具有更高級(jí)的內(nèi)核，更多的內(nèi)存和更多的外圍設(shè)備。它們具有與L0系列相同的低功耗模式（對(duì)于L4系列，還具有一些其他功能），因此，本文也是從了解L4系列的好入門(mén)。圖1摘自ST的宣傳冊(cè)之一，簡(jiǎn)要總結(jié)了L0、L1和L4系列的功能和優(yōu)點(diǎn)。

圖1：STM32超低功耗產(chǎn)品系列的比較

當(dāng)使用ST的MCU進(jìn)行任何工作時(shí)，應(yīng)該有兩個(gè)可用的文檔。首先是參考手冊(cè)，對(duì)于STM32L053C8，則是STM32L0x3參考手冊(cè)。本文檔包含有關(guān)STM32L0x3系列的詳細(xì)信息，即如何使用存儲(chǔ)器和外設(shè)集。有關(guān)產(chǎn)品線中特定設(shè)備的更多詳細(xì)信息，例如引腳映射、電氣特性和封裝信息，應(yīng)使用數(shù)據(jù)表作為參考。就低功耗模式而言，參考手冊(cè)將明確詳細(xì)說(shuō)明如何進(jìn)入和退出它們，而數(shù)據(jù)手冊(cè)將專門(mén)定義外圍設(shè)備的可用性、可能的喚醒源和電流消耗估算。

背景介紹

STM32L0基于Cortex-M0 +內(nèi)核，這意味著其低功耗功能取決于該內(nèi)核的電源管理功能?？梢允褂孟到y(tǒng)控制塊中的系統(tǒng)控制寄存器（SCR）來(lái)配置這些功能。不幸的是，參考手冊(cè)或數(shù)據(jù)表中都沒(méi)有記錄內(nèi)核寄存器。 ST則為那些尋求有關(guān)Cortex-M0 +的簡(jiǎn)潔文檔的人員提供了STM32L0系列Cortex-M0 +編程手冊(cè)。有關(guān)Cortex-M0、M0 +和M1內(nèi)核的完整文檔，可以在《 ARMv6-M體系結(jié)構(gòu)參考手冊(cè)》中找到。這兩個(gè)文檔都有一個(gè)關(guān)于電源管理的部分，這是開(kāi)始本主題的好地方。

圖2：SCR寄存器位

如圖2所示，SCR由三位組成：SEVONPEND、SLEEPONEXIT和SLEEPDEEP。 SEVONPEND（發(fā)送事件在待命狀態(tài)）位允許中斷進(jìn)入待命狀態(tài)以觸發(fā)喚醒事件。請(qǐng)注意，如果未在NVIC中啟用這些中斷，則仍會(huì)產(chǎn)生喚醒事件，但不會(huì)輸入ISR。有關(guān)未決中斷，使能中斷或一般而言NVIC的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)前述Cortex-M0 +手冊(cè)中的“嵌套向量中斷控制器”部分。 SLEEPONEXIT位提供了一個(gè)選項(xiàng)，可以在異常恢復(fù)后使處理器繼續(xù)執(zhí)行程序之前將處理器置于低功耗模式。對(duì)于僅需要喚醒服務(wù)中斷的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，這是理想的選擇。最后，SLEEPDEEP位允許進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)，而不是常規(guī)睡眠狀態(tài)。利用Cortex-M0 +內(nèi)核的芯片制造商可以確定這些狀態(tài)下設(shè)備的確切性能。睡眠狀態(tài)用作睡眠模式和低功耗睡眠模式的基礎(chǔ)，而深度睡眠狀態(tài)用作停止模式和待機(jī)模式的基礎(chǔ)。

有三種方法可以在Cortex-M0 +上進(jìn)入低功耗模式。第一種是使用WFI（等待中斷）指令。顧名思義，如果設(shè)備由于該指令而進(jìn)入低功耗模式，則中斷（在NVIC中啟用）能夠喚醒設(shè)備。進(jìn)入低功耗模式的第二種方法是執(zhí)行WFE（等待事件）指令。這與WFI指令非常相似，但具有更大的靈活性。不僅可以通過(guò)擴(kuò)展中斷和事件控制器（EXTI）中配置的事件喚醒設(shè)備，還可以通過(guò)NVIC中禁用的中斷（只要它們?cè)谙鄳?yīng)的外設(shè)控制寄存器中啟用）喚醒。已經(jīng)提到了進(jìn)入低功耗模式的第三種方法。通過(guò)將SCR中的SLEEPONEXIT位置1，異常返回將使設(shè)備進(jìn)入低功耗模式，就像執(zhí)行WFI指令一樣。請(qǐng)注意，在所有這些情況下，僅當(dāng)沒(méi)有中斷或事件掛起時(shí)才進(jìn)入低功耗模式。由于不能保證WFI和WFE會(huì)中止程序執(zhí)行，因此通常將它們稱為“提示指令”。

值得一提的最后一個(gè)內(nèi)核寄存器是PRIMASK寄存器。它僅包含一個(gè)可配置位PM（可優(yōu)先中斷屏蔽），如果將其設(shè)置為1，它將禁用所有具有可配置優(yōu)先級(jí)的中斷。如果首先需要將系統(tǒng)恢復(fù)到工作狀態(tài)，這不僅可以用于執(zhí)行原子操作，而且可以延遲執(zhí)行ISR。在詳細(xì)說(shuō)明停止模式的部分中將提供一個(gè)示例。

為了使程序員在開(kāi)發(fā)C應(yīng)用程序時(shí)輕松訪問(wèn)WFI和WFE指令，CMSIS-CORE標(biāo)準(zhǔn)提供了__WFI()和__WFE()函數(shù)。以下各節(jié)中的所有示例函數(shù)都使用__WFI()執(zhí)行WFI指令并進(jìn)入低功耗模式。另外，CMSIS不會(huì)直接提供對(duì)PRIMASK寄存器的訪問(wèn)，而是實(shí)現(xiàn)__disable_irq()和__enable_irq()函數(shù)，以便分別設(shè)置和清除PM位。為了檢查PM位的狀態(tài)，__ get_PRIMASK()函數(shù)將返回其當(dāng)前狀態(tài)。大多數(shù)IDE使將CMSIS驅(qū)動(dòng)程序添加到項(xiàng)目變得非常簡(jiǎn)單。例如，在Keil中，請(qǐng)確保在包安裝程序中安裝了ARM :: CMSIS，并在創(chuàng)建新項(xiàng)目時(shí)在運(yùn)行時(shí)環(huán)境管理器中僅檢查“ CORE”包（在CMSIS組件）。

低功耗模式（Low-Power）

STM32L0器件實(shí)現(xiàn)了五種低功耗模式：低功耗運(yùn)行模式、睡眠模式、低功耗睡眠模式、停止模式和待機(jī)模式。這些模式之間的差異可以用功耗，性能、喚醒時(shí)間和喚醒源來(lái)描述。如果對(duì)于這些參數(shù)中的每一個(gè)，將模式按從最佳（1）到最差（5）的順序進(jìn)行排序，則可以清楚地了解哪些取舍。一般而言，隨著功耗的下降；性能下降，喚醒時(shí)間增加，喚醒源數(shù)量減少。表1總結(jié)了低功耗模式的排名。作為、示例，請(qǐng)考慮低功耗運(yùn)行模式。它具有最佳的性能、最多的喚醒源，第二快的喚醒時(shí)間和第四低的電流消耗。

表1：基于各種工作參數(shù)的STM32L0低功耗模式的排列

在本節(jié)中，將很清楚如何得出這些排名。但是，重要的是要及早意識(shí)到它們僅在一般意義上是正確的。例如，停止模式完全有可能比低功耗睡眠模式消耗更多電流，這取決于它們的配置以及啟用/禁用的外設(shè)。但是通常情況并非如此，因?yàn)橥Ｖ鼓Ｊ綄?duì)設(shè)備功能的限制遠(yuǎn)比低功耗睡眠模式所限制，以節(jié)省更多功率。

低功耗運(yùn)行模式（Low-Power Run）

將其作為低功耗模式推銷(xiāo)是相當(dāng)誘人的，因?yàn)樗?jié)省能耗的主要方法是要求較低的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。將任何微控制器的時(shí)鐘速度降低到千赫茲范圍將極大地降低電流消耗，使其與普通睡眠模式相比更具競(jìng)爭(zhēng)力。但是，通常不這樣做的原因是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，性能的降低以及靜態(tài)電流消耗（不取決于時(shí)鐘頻率）會(huì)消耗更多的能量。取決于應(yīng)用，即正在使用哪種睡眠模式或設(shè)備喚醒的頻率，在較短的時(shí)間段內(nèi)消耗更多的電流而不是在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)消耗較少的電流可能更有效。 ST之所以可以將其分類(lèi)為低功耗模式，是因?yàn)樗鼈兲峁┝藢?nèi)部穩(wěn)壓器置于低功耗狀態(tài)的能力。這將減少設(shè)備消耗的靜態(tài)電流，從而將其對(duì)性能與總電流消耗之間的折衷影響降至最低。

為了將調(diào)節(jié)器切換到低功耗模式，必須滿足兩個(gè)條件。首先，調(diào)節(jié)器電壓（VCORE）必須在2范圍內(nèi)。幸運(yùn)的是，根據(jù)PWR_CR寄存器文檔，這是調(diào)節(jié)器的默認(rèn)配置。因此，除非利用器件的動(dòng)態(tài)電壓縮放功能，否則無(wú)需擔(dān)心此先決條件。第二個(gè)條件是系統(tǒng)頻率不超過(guò)fMSI范圍1。根據(jù)MSIRANGE位的描述（在RCC_ICSCR寄存器中），它對(duì)應(yīng)于大約131.072 kHz的頻率。在這種速度和功率水平下，USB，ADC和TSC（觸摸感應(yīng)控制器）外圍設(shè)備不可用。更改系統(tǒng)頻率后，必須重新初始化之前在運(yùn)行模式下初始化的所有與頻率相關(guān)的外圍設(shè)備（USART、計(jì)時(shí)器等），以便繼續(xù)正常運(yùn)行。

與其他低功耗模式不同，CPU不會(huì)在低功耗運(yùn)行模式下停止。這意味著它不是通過(guò)前面討論的WFI / WFE指令輸入的，而是通過(guò)設(shè)置PWR_CR寄存器中的LPSDSR（低功耗睡眠-深度/睡眠/低功耗運(yùn)行）和LPRUN（低功耗運(yùn)行）位來(lái)輸入的。 。請(qǐng)注意，必須在設(shè)置LPRUN之前設(shè)置LPSDSR，在清除LPSDSR之前必須清除LPRUN，并且在進(jìn)入任何其他低功耗模式之前應(yīng)清除LPRUN。由于程序在低功耗運(yùn)行模式下繼續(xù)執(zhí)行，因此該設(shè)備被軟件“喚醒”，而不是局限于有限的一組中斷或事件。只需清除LPRUN位并使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到全速，即可使系統(tǒng)返回運(yùn)行模式。清單1顯示了使用參考手冊(cè)中概述的步驟進(jìn)入低功耗運(yùn)行模式的整個(gè)過(guò)程。清單2演示了當(dāng)設(shè)備不再需要處于低功耗運(yùn)行模式時(shí)如何重新進(jìn)入運(yùn)行模式。

清單1：進(jìn)入低功耗運(yùn)行模式的示例

void enter_LPRun( void )

{

/* 1. Each digital IP clock must be enabled or disabled by using the

RCC_APBxENR and RCC_AHBENR registers */

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

/* 2. The frequency of the system clock must be decreased to not exceed the

frequency of f_MSI range1. */

Config_SysClk_MSI_131();

// Reinitialize peripherals dependent on clock speed

USART1_Init();

SysTick_Init( 0.001 );

I2C1_Init();

/* 3. The regulator is forced in low-power mode by software

(LPRUN and LPSDSR bits set ) */

PWR->CR &= ~PWR_CR_LPRUN; // Be sure LPRUN is cleared!

PWR->CR |= PWR_CR_LPSDSR; // must be set before LPRUN

PWR->CR |= PWR_CR_LPRUN; // enter low power run mode

}

清單2：進(jìn)入運(yùn)行模式的示例

void enter_Run( void )

{

/* Enable Clocks */

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

/* Force the regulator into main mode */

// Reset LPRUN bit

PWR->CR &= ~( PWR_CR_LPRUN );

// LPSDSR can be reset only when LPRUN bit = 0;

PWR->CR &= ~( PWR_CR_LPSDSR );

/* Set HSI16 oscillator as system clock */

Config_SysClk_HSI16();

// Reinitialize peripherals dependent on clock speed

USART1_Init();

SysTick_Init( 0.001 );

I2C1_Init();

}

睡眠模式（Sleep Mode）

睡眠模式是低功耗模式中最簡(jiǎn)單的一種，它以最省電的方式提供最短的喚醒時(shí)間。數(shù)據(jù)手冊(cè)指出，在禁用所有外設(shè)且系統(tǒng)頻率為16 MHz的情況下，將消耗約1 mA的電流。這遠(yuǎn)高于其他低功耗模式，后者可以實(shí)現(xiàn)微安或什至納安的數(shù)量級(jí)。但是，喚醒時(shí)間幾乎是最具競(jìng)爭(zhēng)力的低功耗模式的十倍。表2顯示了設(shè)備從每種低功耗模式喚醒并進(jìn)入運(yùn)行模式所花費(fèi)的時(shí)間。喚醒時(shí)間的值取自數(shù)據(jù)表的表4。

表2：每種低功耗模式的喚醒到運(yùn)行模式時(shí)間

在休眠模式下，所有外設(shè)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，僅內(nèi)核停止運(yùn)行。由于不必降低系統(tǒng)頻率并且所有設(shè)備的外圍設(shè)備都可以使用，因此這使進(jìn)入睡眠模式幾乎毫不費(fèi)力。同樣，退出休眠模式非常容易，因?yàn)樵谶\(yùn)行模式下可用的任何中斷或事件都可以喚醒設(shè)備并以極低的延遲進(jìn)行服務(wù)。因此，幾乎在CPU處于自旋鎖等待事件發(fā)生的任何情況下都可以使用睡眠模式。用戶無(wú)需進(jìn)入繁忙等待循環(huán)，只需執(zhí)行WFI或WFE（取決于喚醒方法）即可暫停執(zhí)行并節(jié)省功耗，直到再次需要內(nèi)核為止。這是因?yàn)镾CR默認(rèn)情況下配置為睡眠模式，即SLEEPDEEP位被清除。對(duì)于只需要CPU處理中斷的應(yīng)用，將SLEEPONEXIT位置1并在處理完中斷后始終進(jìn)入睡眠模式更為有意義，這與恢復(fù)程序執(zhí)行相反。

清單3是可用于進(jìn)入睡眠模式的函數(shù)示例。因?yàn)榇撕瘮?shù)取自使用多個(gè)低功耗模式的程序，所以第一條語(yǔ)句可確保清除SLEEPDEEP位，以避免意外行為。同樣，為了避免喚醒延遲，閃存訪問(wèn)控制寄存器配置為在設(shè)備處于休眠模式時(shí)使非易失性存儲(chǔ)器保持空閑狀態(tài)。在低功耗睡眠模式部分中將進(jìn)一步討論如何停止閃存接口時(shí)鐘。

清單3：進(jìn)入睡眠模式的示例

void enter_Sleep( void )

{

/* Configure low-power mode */

SCB->SCR &= ~( SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk );// low-power mode = sleep mode

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk; // reenter low-power mode after ISR

/* Ensure Flash memory stays on */

FLASH->ACR &= ~FLASH_ACR_SLEEP_PD;

__WFI();// enter low-power mode

}

低功耗睡眠模式（Low-Power Sleep Mode）

低功耗睡眠模式本質(zhì)上是低功耗運(yùn)行模式和睡眠模式的組合。不僅Cortex-M0 +內(nèi)核停止了，而且調(diào)節(jié)器進(jìn)入了低功耗模式，這意味著必須滿足與低功耗運(yùn)行模式相同的條件?；叵胍幌?，VCORE必須在范圍2（默認(rèn)配置）中，并且系統(tǒng)時(shí)鐘頻率必須降低到不超過(guò)fMSI范圍1（131.072 kHz）。因此，在此模式下，USB，ADC和TSC外設(shè)不可用。此外，任何繼續(xù)在低功耗睡眠模式下運(yùn)行的頻率相關(guān)外圍設(shè)備都必須重新初始化，以便它們繼續(xù)正常運(yùn)行。

與低功耗運(yùn)行模式不同，LPRUN位不用于使穩(wěn)壓器進(jìn)入低功耗模式。一旦系統(tǒng)頻率降低，就應(yīng)將LPSDSR位置1，并遵循進(jìn)入睡眠模式的相同步驟。即，確保清除SLEEPDEEP位并執(zhí)行WFI指令，WFE指令，或者將SLEEPONEXIT位置1，然后等待異常返回。當(dāng)器件進(jìn)入低功耗模式時(shí)，LPSDSR位將自動(dòng)將調(diào)節(jié)器置于低功耗狀態(tài)。當(dāng)器件在喚醒事件后退出低功耗模式時(shí)，將進(jìn)入穩(wěn)壓器全功率運(yùn)行的運(yùn)行模式。

參考手冊(cè)在“低功耗睡眠模式”部分中提到了關(guān)閉閃存的選項(xiàng)。當(dāng)器件進(jìn)入睡眠模式或低功耗睡眠模式時(shí)，將FLASH_ACR寄存器中的SLEEP_PD（SLEEP掉電）位置1將使非易失性存儲(chǔ)器進(jìn)入掉電模式。雖然這確實(shí)增加了喚醒等待時(shí)間，但功耗卻降低了約12 μA（數(shù)據(jù)表中的表34），這可能因應(yīng)用而異。喚醒時(shí)間的增加大概是因?yàn)樵趨⒖际謨?cè)的“睡眠模式”部分中沒(méi)有提及此選項(xiàng)的原因（即使它確實(shí)在睡眠模式下也起作用）。如果使用睡眠模式的應(yīng)用程序不需要它提供的驚人的快速喚醒時(shí)間，則應(yīng)該改為使用低功耗睡眠模式。清單4顯示了一個(gè)示例功能，該功能用于按照參考手冊(cè)中列出的步驟進(jìn)入低功耗睡眠模式。

清單4：進(jìn)入低功耗睡眠模式的示例

void enter_LPSleep( void )

{

/* 1. The Flash memory can be switched off by using the control bits

(SLEEP_PD in the FLASH_ACR register). This reduces power consumption

but increases the wake-up time. */

FLASH->ACR |= FLASH_ACR_SLEEP_PD;

/* 2. Each digital IP clock must be enabled or disabled by using the

RCC_APBxENR and RCC_AHBENR registers */

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

/* 3. The frequency of the system clock must be decreased to not exceed the

frequency of f_MSI range1. */

// Set MSI 131.072 kHz as system clock

Config_SysClk_MSI_131();

// Reinitialize peripherals dependent on clock speed

USART1_Init();

SysTick_Init( 0.001 );

I2C1_Init();

/* 4. The regulator is forced in low-power mode by software

(LPSDSR bits set ) */

PWR->CR |= PWR_CR_LPSDSR; // voltage regulator in low-power mode during sleep

/* 5. Follow the steps described in Section 6.3.5: Entering low-power mode */

SCB->SCR &= ~( SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk ); // low-power mode = sleep mode

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk; // reenter low-power mode after ISR

__WFI(); // enter low-power mode

}

停止模式（Stop Mode）

停止模式可以說(shuō)是STM32L0系列中最復(fù)雜的低功耗模式，它有可能在保持SRAM和寄存器內(nèi)容的同時(shí)實(shí)現(xiàn)納安量級(jí)的電流消耗。但是，如果喚醒時(shí)間更重要，則可以忽略許多節(jié)能選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)與低功耗運(yùn)行模式相同的延遲。更為復(fù)雜的問(wèn)題是可用的喚醒源數(shù)量有限，勘誤表中多次提及“停止”模式以及增加的調(diào)試復(fù)雜性。但是，對(duì)于那些希望使用最少電量而又不必在喚醒時(shí)重新初始化系統(tǒng)的用戶來(lái)說(shuō)，停止模式可能是最佳選擇。

在停止模式下，內(nèi)核被停止，并且只有有限容量的LSE，LSI和HSI能夠運(yùn)行的振蕩器。低速時(shí)鐘允許RTC和IWDG繼續(xù)運(yùn)行并喚醒設(shè)備。 HSI可以為能夠在停止模式下運(yùn)行的外圍設(shè)備提供有限的功能。例如，通過(guò)在需要時(shí)喚醒HSI，USART和I2C仍能夠在停止模式下接收數(shù)據(jù)。 HSI將僅提供請(qǐng)求它的外圍設(shè)備，并且在不再需要它時(shí)將自動(dòng)被禁用。有關(guān)在停止模式下可用的所有外設(shè)的完整列表以及可用的喚醒源，請(qǐng)參見(jiàn)數(shù)據(jù)表中的表4。請(qǐng)注意，由于核心時(shí)鐘已停止，因此一旦進(jìn)入停止模式，調(diào)試連接將無(wú)法維持。但是，根據(jù)參考手冊(cè)，將DBGMCU_CR寄存器中的DBG_STOP位置1將允許在停止模式下進(jìn)行調(diào)試。

為了進(jìn)入停止模式，必須將SLEEPDEEP位置1，因?yàn)橥Ｖ鼓Ｊ胶痛龣C(jī)模式都是由Cortex-M0 +內(nèi)核提供的深度睡眠狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)。清除PWR_CR寄存器中的PDDS（掉電DeepSleep）位是在待機(jī)模式下選擇停止模式的方式。另外，有必要確保清除PWR_CSR寄存器中的WUF（喚醒標(biāo)志）位。不幸的是，該位不能由軟件修改，必須通過(guò)向PWR_CR寄存器的CWUF（清除喚醒標(biāo)志）位寫(xiě)入1來(lái)清除。這將在2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后清除WUF。一旦滿足這些條件，用戶只需執(zhí)行WFI指令，WFE指令或?qū)LEEPONEXIT位置1，然后等待異常返回。請(qǐng)注意，默認(rèn)情況下，從停止模式喚醒時(shí)，設(shè)備會(huì)選擇MSI振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘。通過(guò)在進(jìn)入停止模式之前將RCC_CFGR寄存器中的STOPWUCK（停止喚醒時(shí)鐘）位設(shè)置為1，將選擇HSI16振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘。清單5顯示了一個(gè)示例函數(shù)，它將使用此最低限度的配置進(jìn)入Stop模式。它還顯示了如何啟用能夠喚醒設(shè)備的外部中斷。

清單5：進(jìn)入停止模式的簡(jiǎn)單示例

void enter_Stop( void )

{

/* Enable Clocks */

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

RCC->IOPENR |= RCC_IOPENR_GPIOAEN;

/* Configure PA0 as External Interrupt */

GPIOA->MODER &= ~( GPIO_MODER_MODE0 ); // PA0 is in Input mode

EXTI->IMR |= EXTI_IMR_IM0; // interrupt request from line 0 not masked

EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_TR0; // rising trigger enabled for input line 0

// Enable interrupt in the NVIC

NVIC_EnableIRQ( EXTI0_1_IRQn );

NVIC_SetPriority( EXTI0_1_IRQn, BTN_INT_PRIO );

/* Prepare to enter stop mode */

PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // clear the WUF flag after 2 clock cycles

PWR->CR &= ~( PWR_CR_PDDS ); // Enter stop mode when the CPU enters deepsleep

RCC->CFGR |= RCC_CFGR_STOPWUCK; // HSI16 oscillator is wake-up from stop clock

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk; // low-power mode = stop mode

__WFI(); // enter low-power mode

}

如果希望節(jié)省更多的電量，而喚醒時(shí)間就不再那么重要了，則可以在進(jìn)入停止模式之前進(jìn)行其他配置。最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)將PWR_CR寄存器中的LPSDSR位置1使穩(wěn)壓器進(jìn)入低功耗模式。在同一寄存器中，如果任何模擬外設(shè)都沒(méi)有使用VREFINT（內(nèi)部參考電壓），也可以將ULP（超低功耗模式）位置1以將其禁用。此外，如果喚醒后不需要立即使用VREFINT，將FWU（快速喚醒）位置1不會(huì)增加設(shè)置ULP可能引起的額外喚醒延遲。

前述更改將顯著降低電流消耗，但該設(shè)備可能仍在以微安為單位訂購(gòu)。為了進(jìn)入納安范圍，必須將所有GPIO引腳置于模擬模式。根據(jù)參考手冊(cè)第9.3.12節(jié)，當(dāng)I / O引腳配置為模擬引腳時(shí)，施密特觸發(fā)器輸入被禁用，每個(gè)引腳的功耗為零。但是，這樣做意味著必須將每個(gè)端口的GPIOx_MODER寄存器保存，然后再將每個(gè)引腳切換到模擬模式。這樣，設(shè)備喚醒后，每個(gè)引腳都可以恢復(fù)到其先前的模式。另外，為了避免意外錯(cuò)誤，在保存和恢復(fù)過(guò)程中都應(yīng)禁用中斷。

清單6中的功能建立在清單5中的基本功能的基礎(chǔ)上。不僅將調(diào)節(jié)器置于低功耗模式并且VREFINT已關(guān)閉，而且在進(jìn)入停止模式之前還保存了I / O上下文。由于在執(zhí)行WFI時(shí)即禁用了中斷，即PM位置1，因此外部中斷將喚醒設(shè)備，但不會(huì)輸入其ISR。程序從WFI指令繼續(xù)執(zhí)行，從而允許立即恢復(fù)上下文。重新啟用中斷后，由于中斷仍處于掛起狀態(tài)，因此將輸入外部中斷的ISR。

清單6：進(jìn)入停止模式的高級(jí)示例

void enter_Stop( void )

{

/* Enable Clocks */

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

RCC->IOPENR |= RCC_IOPENR_GPIOAEN;

/* Configure PA0 as External Interrupt */

GPIOA->MODER &= ~( GPIO_MODER_MODE0 ); // PA0 is in Input mode

EXTI->IMR |= EXTI_IMR_IM0; // interrupt request from line 0 not masked

EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_TR0; // rising trigger enabled for input line 0

// Enable interrupt in the NVIC

NVIC_EnableIRQ( EXTI0_1_IRQn );

NVIC_SetPriority( EXTI0_1_IRQn, BTN_INT_PRIO );

/* Prepare to enter stop mode */

PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // clear the WUF flag after 2 clock cycles

PWR->CR &= ~( PWR_CR_PDDS ); // Enter stop mode when the CPU enters deepsleep

// V_REFINT startup time ignored | V_REFINT off in LP mode | regulator in LP mode

PWR->CR |= PWR_CR_FWU | PWR_CR_ULP | PWR_CR_LPSDSR;

RCC->CFGR |= RCC_CFGR_STOPWUCK; // HSI16 oscillator is wake-up from stop clock

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk; // low-power mode = stop mode

__disable_irq();

Idd_SaveContext();

I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_PE;// Address issue 2.5.1 in Errata

__WFI(); // enter low-power mode

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;

Idd_RestoreContext();

__enable_irq(); // <-- go to isr

}

清單5和清單6均使用來(lái)自PA0引腳的外部中斷來(lái)喚醒設(shè)備。這是因?yàn)橥獠恐袛嗍怯蒃XTI控制的，并且除了系統(tǒng)復(fù)位以外，只有它可以使設(shè)備退出停止模式。簡(jiǎn)而言之，EXTI管理著30條內(nèi)部和外部線路，能夠產(chǎn)生中斷和事件。參考手冊(cè)中的表52指定了每條線路的線路來(lái)源以及它們是可配置線路還是直接線路。在上述示例中，默認(rèn)情況下，EXTI行0映射到PA0，因此不必自行配置行。所有要做的就是使該線路成為中斷源，選擇如何觸發(fā)中斷，并在NVIC中啟用相應(yīng)的中斷。如果使用WFE指令進(jìn)入了停止模式，則該行將在事件模式下啟用。

表3總結(jié)了STM32L053x6 / 8勘誤表中記錄的停止模式的局限性。顯然，無(wú)論使用什么版本的芯片，程序員都應(yīng)該解決一些問(wèn)題，以避免出現(xiàn)意外錯(cuò)誤。清單6中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)了針對(duì)未配置I2C外設(shè)以將設(shè)備從停止模式喚醒而導(dǎo)致的問(wèn)題的建議解決方法?？闭`表中的2.5.1節(jié)解釋說(shuō)，在進(jìn)入停止模式之前禁用I2C外設(shè)并在喚醒后立即重新啟用它可以避免任何錯(cuò)誤。幸運(yùn)的是，該解決方法可以與保存和還原I / O上下文一起完成。

待機(jī)模式（Standby Mode）

與停止模式不同，進(jìn)入待機(jī)模式非常簡(jiǎn)單，因?yàn)橛脩舻倪x項(xiàng)更少。唯一可用的振蕩器是LSI和LSE，唯一可以工作的外設(shè)是RTC和IWDG，電壓調(diào)節(jié)器被完全禁用，并且所有I / O引腳都設(shè)置為高阻抗（因此節(jié)省上下文毫無(wú)意義）。用戶進(jìn)入待機(jī)模式所需要做的全部工作就是將SLEEPDEEP位置1，將PDDS位置1，并確保通過(guò)向CWUF位寫(xiě)入1來(lái)清除WFU位。然后，在異常返回之前執(zhí)行WFI指令，WFE指令或設(shè)置SLEEPONEXIT將導(dǎo)致設(shè)備進(jìn)入此低功耗模式。退出待機(jī)模式的選項(xiàng)也更少。只有喚醒引腳（PA0或PC13）上的上升沿，RTC喚醒事件之一或IWDG復(fù)位才會(huì)喚醒設(shè)備。在進(jìn)入待機(jī)模式之前，必須配置選擇的方法并清除相應(yīng)的喚醒標(biāo)志。請(qǐng)注意，STM32L053C8芯片僅具有兩個(gè)喚醒引腳，而參考手冊(cè)和數(shù)據(jù)表中通常會(huì)提到僅在引腳數(shù)較高的封裝中才可使用的第三個(gè)喚醒引腳。

待機(jī)模式的最大問(wèn)題是它不保留SRAM或寄存器（RTC寄存器，RTC備份寄存器和待機(jī)電路除外）的內(nèi)容。從待機(jī)模式喚醒后，程序執(zhí)行將以與發(fā)生復(fù)位相同的方式重新開(kāi)始。為了確定系統(tǒng)是否從待機(jī)模式中喚醒，只要輸入main()函數(shù)，就可以檢查PWR_CSR寄存器中的SBF（待機(jī)標(biāo)志）位。如果該位置1，則該設(shè)備先前處于待機(jī)模式，并且應(yīng)設(shè)置CSBF（清除待機(jī)標(biāo)志）以清除SBF。然后，用戶知道是否應(yīng)該在首次運(yùn)行時(shí)初始化系統(tǒng)，或者是否應(yīng)該將系統(tǒng)還原到以前的狀態(tài)。

請(qǐng)注意，表2中的待機(jī)模式具有最長(zhǎng)的喚醒時(shí)間。此估算不包括重新初始化系統(tǒng)和恢復(fù)程序執(zhí)行所需的時(shí)間。這種增加的等待時(shí)間不僅使對(duì)喚醒事件的立即響應(yīng)幾乎不可能，而且會(huì)嚴(yán)重限制待機(jī)模式的節(jié)能功能。為了將平均消耗電流保持在“停止”模式之下，該設(shè)備將必須處于“待機(jī)”模式很長(zhǎng)時(shí)間。時(shí)間長(zhǎng)短取決于喚醒/重新初始化過(guò)程中消耗了多少電流。清單7顯示了一個(gè)示例函數(shù)，該函數(shù)可用于進(jìn)入待機(jī)模式，在該模式下，任一喚醒引腳都將喚醒設(shè)備。

清單7：進(jìn)入待機(jī)模式的示例

void enter_Standby( void )

{

/* Enable Clocks */

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

/* Prepare for Standby */

// if WKUP pins are already high, the WUF bit will be set

PWR->CSR |= PWR_CSR_EWUP1 | PWR_CSR_EWUP2;

PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // clear the WUF flag after 2 clock cycles

PWR->CR |= PWR_CR_ULP; // V_{REFINT} is off in low-power mode

PWR->CR |= PWR_CR_PDDS; // Enter Standby mode when the CPU enters deepsleep

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk; // low-power mode = stop mode

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk; // reenter low-power mode after ISR

__WFI(); // enter low-power mode

}

結(jié)論

適用于超低功率應(yīng)用，例如燃?xì)?水表、可穿戴設(shè)備或物聯(lián)網(wǎng)傳感器，STM32L系列微控制器具有許多低功耗模式，允許用戶仔細(xì)地在性能與功耗之間取得平衡。尤其是，STM32L0系列利用了最節(jié)能的ARM處理器（Cortex-M0 +），并提供了五種低功耗模式，以適應(yīng)大多數(shù)入門(mén)級(jí)應(yīng)用。

低功耗運(yùn)行模式可產(chǎn)生最佳性能，同時(shí)仍比睡眠模式消耗更少的電流。因?yàn)镃PU一直在運(yùn)行，所以喚醒器件的決定是由軟件決定的，從而在這方面提供了最大的靈活性。不幸的是，使穩(wěn)壓器處于低功耗模式會(huì)導(dǎo)致喚醒延遲，這對(duì)于許多實(shí)時(shí)應(yīng)用而言太大了。這是睡眠模式真正出類(lèi)拔萃的地方，它具有0.36 μs的喚醒時(shí)間，這是因?yàn)樵趦?nèi)核被禁用的情況下允許所有外設(shè)全速運(yùn)行。但是，這也使它成為最耗電的低功耗模式，外圍設(shè)備性能和全套硬件喚醒源對(duì)此幾乎沒(méi)有補(bǔ)償。低功耗睡眠模式使用與低功耗運(yùn)行模式相同的方法，以將電流消耗降低到與停止模式相當(dāng)?shù)乃剑粫?huì)限制喚醒源的數(shù)量。但是，如果足以使EXIT喚醒器件，則停止模式將提供最低的電流消耗，同時(shí)仍保留SRAM和寄存器內(nèi)容。它還具有與低功耗運(yùn)行模式相當(dāng)?shù)膯拘褧r(shí)間。最后，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間不需要MCU的應(yīng)用，待機(jī)模式可能是合適的。它使用最少的功耗，但卻消耗了很少的喚醒源和最長(zhǎng)的喚醒時(shí)間。
編輯：hfy