低功耗简介

电源管理架构

SoC 搭载了先进的电源管理控制器（Power Management Controller，PMC），可灵活控制芯片不同电源域的上电时序，实现性能与功耗的最佳平衡。

SoC 的数字系统中一般包含三个核心电源域：AON 域、SYSON 域和 SOC 域。不同省电模式下，各电源域的关断策略存在差异。

Ameba 系列 SoC 的电源域和唤醒源如下所示：

RTL8721DxRTL8720ERTL8710ERTL8726ERTL8713ERTL8730E

低功耗模式

Ameba SoC 支持两种低功耗模式：

• 睡眠（Sleep）模式

  • Clock Gating(CG)：关闭 SOC 域的时钟，保留其供电

  • Power Gating(PG)：关闭 SOC 域的电源

• 深度睡眠（Deep-Sleep）模式

  • 关闭 SYSON 域和 SOC 域的供电。深度睡眠模式比睡眠模式关闭更多电源域，因此功耗更低，但同时唤醒源也会减少。

下表详细解释了各个模式的电源域工作状态及特点：

模式	AON	SYSON	SOC	描述
Tickless	ON	ON	ON	FreeRTOS 低功耗功能 CPU 周期性进入 WFI 指令休眠，发生中断时唤醒
Sleep	ON	ON	CG:ON PG:OFF	芯片级省电模式，包含 Clock Gating 与 Power Gating 两种子模式 退出睡眠模式时可恢复 CPU 堆栈状态 系统 RAM 保持供电，数据不会丢失
Deep Sleep	ON	OFF	OFF	芯片级深度省电模式 退出深度睡眠模式时无法恢复 CPU 堆栈状态，需执行完整重启流程 系统 RAM 供电被切断，数据不保留 备份（retention）SRAM 保持供电

低功耗软件架构

如图所示，Ameba 低功耗功能的实现主要由以下部分组成：

• usrcfg: 由开发者直接编辑该文件进行修改，主要可以设置：

  • 为哪些外设打开 sleep 唤醒功能，唤醒哪个 MCU Core

  • 为哪些 pin 打开 deep sleep 唤醒功能

  • 进入 sleep 模式之后，系统的电压

  • 一些 clock 进入 sleep 模式之后是否关闭，这主要取决于打开唤醒功能的外设是否需要这些 clock

• 睡眠锁（wakelock）：

  • 如果某个睡眠锁处于锁定状态，则系统无法 sleep，只有所有 wakelock 都释放之后，系统才可能进入 sleep 模式

  • 可以用于保护某段程序不会走到中间（因等待）误入 sleep 模式

• Active 时间设定：

  • 让系统再一段时间之内不要进入 sleep 模式

  • 用于保护某些行为（尤其是该行为结束的点有多个分支的情况）不会走到中间误入 sleep 模式，可以估一个保守的 active 时间放在该行为的开头

• sleep hook 设定：

  • 为某个外设或者程序设置 sleep hook

  • 所有的 sleep hook 会在 MCU 真正 sleep 之前被调用

• wake hook 设定：

  • 为某个外设或者程序设置 wake hook

  • 所有的 wake hook 会在 MCU wake 后，运行系统线程之前调用

FreeRTOS Tickless

FreeRTOS 的 Tickless 低功耗特性通过优先级最低的 Idle 任务实现，当系统没有其他运行任务时触发。

备注

• 低功耗应用必须启用 configUSE_TICKLESS_IDLE 配置项，因为睡眠模式基于 Tickless 机制实现。

• 与原生 FreeRTOS 不同，不依赖 xExpectedIdleTime 进行唤醒。

下展示了空闲任务的代码流程。在空闲任务中，系统会检查睡眠条件（包括睡眠锁状态、系统活跃时间等），以决定是否进入睡眠模式。

• 当条件不满足时：CPU 执行 ARM WFI （等待中断）指令，使处理器挂起直至中断触发。通常由 SysTick 中断恢复运行，此模式称为 软件 Tickless。

• 当条件满足时：执行函数 freertos_pre_sleep_processing() 进入睡眠模式或深度睡眠模式。

空闲任务中的 FreeRTOS Tickless

备注

即使设置了 FreeRTOS 时间控制机制（如软件定时器或 vTaskDelay），只要空闲任务被执行且满足条件，系统仍会进入睡眠模式。