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：

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8713ERTL8730ERTL8721F

低功耗模式

Ameba SoC 支持两种低功耗模式：

• 睡眠（Sleep）模式

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

  • 电源门控模式（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。

Tickless 是 FreeRTOS 的低功耗功能，当系统空闲时会暂停 CPU（不关闭时钟和电源）。睡眠模式流程和深度睡眠模式流程均基于 Tickless 实现。

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 域	SYSON 域	SOC 域	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 射频状态可配置为关闭/周期性开启/持续开启（具体由应用场景决定）
Sleep	ON	ON	CG:ON PG:OFF	芯片级省电模式，包含时钟门控与电源门控两种子模式 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

FreeRTOS Tickless

FreeRTOS 的 Tickless 低功耗特性通过优先级最低的空闲任务实现，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。

空闲任务中的 FreeRTOS Tickless

上图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（包括唤醒锁状态、系统活跃时间等，详见章节 唤醒锁 API 和 pmu_set_sysactive_time），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

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。

Wi-Fi 低功耗

IEEE 802.11 规范中定义的 WiFi STA 省电模式包括以下关键特性：

• 在未发送或接收数据时，进入休眠状态。

• 定期唤醒以接收 AP 的 Beacon 帧。

• 利用 Beacon 中的 TIM（Traffic Indication Map， 流量指示映射）进行数据管理。

站点休眠期间无法接收任何数据帧，因此 AP 需缓存待传数据帧，STA 需周期性唤醒检测信标帧。

省电模式时序图

基于上述标准 IEEE 802.11 省电机制，Ameba IC 提供三种 WiFi 省电模式：

模式	全称	描述
LPS	传统省电模式	在WiFi连接状态下，在活跃和休眠状态之间切换，并定期打开或关闭收发器以实现省电。
WoWLAN	无线局域网唤醒	允许SoC系统在保持WiFi连接的同时进入睡眠模式。 系统可通过单播数据包、广播/组播数据包（可选）以及AP断连事件被唤醒。
IPS	非活动省电模式	在未连接时实现完全断电状态。

WiFi 省电模式进入和退出条件：

模式	用户配置项	进入和退出条件
LPS	wifi_user_config.lps_enable	在WiFi连接状态下，根据流量低于或高于设定阈值时，自动进入或退出LPS模式。
WoWLAN	默认支持	在WiFi连接状态下，随AP（application processor）休眠或活跃模式自动进入或退出WoWLAN模式。
IPS	wifi_user_config.ips_enable	WiFi连接或断开时进入或退出。

唤醒源

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在不同低功耗模式下，可用于唤醒系统的唤醒源如下表所示：

唤醒源	Sleep CG	Sleep PG	Deep-Sleep	限制
WLAN	√	√	X
BT	√	√	X
IPC	√	√	X	仅 KM0 可通过 IPC 唤醒 KM4
Basic Timer4~7	√	√	X
PMC Timer	√	√	X	仅内部使用
UART0~2	√	√	X	当使用 UART 作为唤醒源时： Rx 的时钟源只能是 OSC2M，且在睡眠期间禁止关闭 OSC4M 当波特率大于 115200bps 时，不建议使用 UART 作为唤醒源 当唤醒指令超过 64 字节 FIFO 深度时，超出的部分会丢失
LOGUART	√	√	X	当使用 LOGUART 作为唤醒源时： 如果 Rx 的时钟源是 XTAL40M，在睡眠期间禁止关闭 XTAL 或 OSC4M 如果 Rx 的时钟源是 OSC2M，在睡眠期间禁止关闭 OSC4M 当唤醒指令超过 16 字节 FIFO 深度时，超出的部分会丢失
GPIO	√	√	X
I2C	√	√	X
CAP_TOUCH	√	√	X
ADC	√	√	X
SDIO	√	√	X
Key-Scan	√	√	X
BOR	√	√	√
PWR_DOWN	√	√	√
AON_TIMER	√	√	√
AON_WAKEPIN	√	√	√
RTC	√	√	√

进入 Sleep 模式

睡眠模式基于 FreeRTOS Tickless 模式实现，因此推荐通过释放唤醒锁（Wakelock） 的方式进入睡眠模式。

1. 初始化目标外设

2. 启用和注册外设中断

3. 设置 ambea_sleepcfg.c 文件中的 sleep_wevent_config[]，确保中断注册在 sleep_wevent_config[] 选择的相同的 CPU 上

4. 对于需要特殊时钟配置的外设，在 ameba_sleepcfg.c 文件中设置 ps_config[]

5. 根据需要注册睡眠/唤醒回调函数

6. 通过释放 AP 的唤醒锁进入睡眠模式（启动时 PMU_OS 默认被占用，需在进入睡眠模式前释放）

7. 在系统唤醒后，及时清除外设中断

进入 Deep-Sleep 模式

通过 FreeRTOS Tickless 流程同样可以进入深度睡眠模式。

当系统启动时，应用处理器（AP）自动持有深度唤醒锁 PMU_OS，导致 freertos_ready_to_dsleep() 校验失败，系统默认不在空闲任务中进入深度睡眠模式。

只有当 freertos_ready_to_sleep() 校验通过，才会校验 freertos_ready_to_dsleep()，因此需同时释放唤醒锁和深度唤醒锁方可进入深度睡眠模式。

配置:

1. 初始化目标外设并启用中断

2. 在 ameba_sleepcfg.c 文件中设置 sleep_wakepin_config[]，使用 AON 唤醒引脚作为唤醒源

3. 通过释放 AP 的唤醒锁和深度唤醒锁进入深度睡眠模式

低功耗配置

请参考 开发者配置 章节以获取详细信息.

低功耗相关 API

唤醒锁 API

唤醒锁（Wakelock）是一个 32 位的映射，如果某个模块持有唤醒锁，系统将无法进入睡眠模式。每个模块在唤醒锁位图中都有其对应的位（参见枚举 PMU_DEVICE），用户也可以在枚举中添加自定义的唤醒锁，但不得修改已经定义好的唤醒锁。

Ameba Soc 定义了两种唤醒锁，每种唤醒锁都可以支持 32 个不同的模块：

• wakelock：用于睡眠模式，当 wakelock 为 0 时，系统可进入睡眠模式；否则，不允许进入睡眠模式。

• deepwakelock：用于深睡眠模式，当 deepwakelock 为 0 时，系统可进入深睡眠模式；否则，不允许进入深睡眠模式。

以下内容展示了系统定义的唤醒锁位图：

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8713ERTL8730ERTL8721F

enum PMU_DEVICE {
  PMU_OS        = 0,
  PMU_WLAN_DEVICE,
  PMU_KM4_RUN,
  PMU_WLAN_FW_DEVICE,
  PMU_BT_DEVICE,
  PMU_DEV_USER_BASE,  /*编号 7～31 预留给客户使用*/
  PMU_MAX
};

1. 睡眠模式：通过函数 freertos_ready_to_sleep() 判断 wakelock 是否为 0。

1. wakelock：当系统启动时，应用核（AP）持有 wakelock PMU_OS，而网络核（NP）则持有 wakelock PMU_OS 以及 PMU_KM4_RUN。

2. 睡眠条件：只有当所有 wakelock 都被释放后，AP 或 NP 才允许进入休眠模式。

3. 睡眠流程：当 AP 的 wakelock PMU_OS 被释放后，AP 会在空闲任务中进入休眠模式，并向 NP 发送 IPC。NP 会对 AP 进行断电（power-gate）或时钟门控（clock-gate），然后释放 PMU_OS 以及 PMU_KM4_RUN。

2. 深睡眠模式：通过函数 freertos_ready_to_dsleep() 判断 deepwakelock 是否为 0。

1. deepwakelock: 当系统启动时，应用核持有 deepwakelock PMU_OS。

2. 睡眠条件：当 AP 的所有 deepwakelock 被释放后，AP 和 NP 才允许进入 deep-sleep 模式。

3. 睡眠流程：当 AP 的所有 deepwakelock 被释放后，并在空闲任务中向 NP 发送 IPC。NP 会发送 deep-sleep 请求，最终让芯片进入 deep-sleep 模式。

当系统唤醒后，除非重新获取 wakelock，否则会很快再次进入休眠模式。

下文列示了用于控制唤醒锁或深度唤醒锁的 API。

pmu_acquire_wakelock

项目	描述
功能	为某个模块获取唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_release_wakelock

项目	描述
功能	释放某个模块的唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_acquire_deepwakelock

项目	描述
功能	为某个模块获取深度唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_release_deepwakelock

项目	描述
功能	释放某个模块的深度唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_set_sysactive_time

在某些场景下，系统需要在活跃状态保持唤醒一段时间以完成特定流程。

项目	描述
功能	设置系统保持活跃状态的持续时间
参数	timeout：时间（单位：毫秒） 系统将从当前时刻起保持活跃状态达此时长
返回值	0

睡眠/唤醒回调 API

用于为 <nDeviceId> 注册挂起/恢复回调函数：

• 挂起回调函数：系统进入睡眠模式前在空闲任务中触发

• 恢复回调函数：系统唤醒后立即执行

如果在芯片休眠前或唤醒后有相关操作需要处理，可以使用 suspend 和 resume 回调函数。resume 函数的一个典型应用是获取唤醒锁，以防止芯片再次进入休眠模式。此外，如果 CPU 选择 PG（掉电关断），部分外设会断电，因此需要重新初始化。这些操作可以在 resume 函数中实现。

备注

• 禁止在回调函数中使用可能引发 OS 调度的 API（如： rtos_task_yield、 rtos_time_delay_ms、信号量/互斥锁相关操作）

• 禁止在挂起回调函数中调用 pmu_set_sysactive_time （恢复回调函数中允许）

pmu_register_sleep_callback

项目	描述
功能	为某个模块注册挂起/恢复回调函数
参数	nDeviceId：需要挂起/恢复回调函数的设备 ID sleep_hook_fun：挂起回调函数 sleep_param_ptr：挂起回调函数参数 wakeup_hook_fun：恢复回调函数 wakeup_param_ptr：恢复回调函数参数
返回值	无

pmu_unregister_sleep_callback

项目	描述
功能	注销某个模块的挂起/恢复回调函数
参数	nDeviceId：需要注销挂起/恢复回调函数的设备ID sleep_hook_fun：挂起回调函数 sleep_param_ptr：挂起回调函数参数 wakeup_hook_fun：恢复回调函数 wakeup_param_ptr：恢复回调函数参数
返回值	无

pmu_set_max_sleep_time

项目	描述
功能	设置最大睡眠时间
参数	timer_ms：系统最大睡眠超时时间（单位：毫秒）
返回值	无

备注

• 超时后，系统不会被唤醒。

• 超时前，系统可能被其他事件唤醒。

• 此设置仅单次有效，系统唤醒后时间自动清零。

唤醒原因 API

备注

唤醒时，相应的外设中断会被触发；清除中断时，唤醒原因中的对应位也会被清除。因此，在中断被清除之后，将无法获得唤醒原因。

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8713ERTL8730ERTL8721F

SOCPS_AONWakeReason

项目	描述
功能	获取从深睡眠唤醒的原因
参数	无
返回值	Bit[0]: CHIP_EN 短按 Bit[1]: CHIP_EN 长按 Bit[2]: 掉电复位 Bit[3]: AON 定时器 Bit[5:4]: AON GPIO Bit[8]: RTC

WAK_STATUS0

以下寄存器可用于获取唤醒原因。

寄存器	参数
WAK_STATUS0	Bit[1:0]: WLAN Bit[2]: KM4_WAKE Bit[3]: BT_WAKE_HOST Bit[4]: IPC_KM4 Bit[9:6]: Basic TIMER4~7 Bit[11:10]: PMC TIMER0~1 Bit[14:12]: UART0~2 Bit[15]: UART_LOG Bit[16]: GPIOA Bit[17]: GPIOB Bit[19:18]:I2C0~1 Bit[20]: Cap-Touch Bit[21]: RTC Bit[22]: ADC Bit[24]: BOR Bit[25]: PWR_DOWN Bit[26]: Key-Scan Bit[27]: AON_Timer Bit[28]: AON_Wakepin Bit[29]: SDIO

UART 和 LOGUART

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8713ERTL8730ERTL8721F

对于需要特定时钟设置的外设，例如 UART 和 LOGUART，其设置流程在以下章节中进行了描述。

1. 初始化 UART/LOGUART 并使能其中断。

2. 设定唤醒源：在 sleep_wevent_config[] 中设置唤醒源 (WAKE_SRC_UART0/WAKE_SRC_UART1/WAKE_SRC_UART2_BT/WAKE_SRC_UART_LOG) 要唤醒的 CPU（ WAKEUP_KM4 或 WAKEUP_KM0），并确保中断注册在要唤醒的 CPU 上。

3. 选择时钟源：

   1. XTAL: 在 ps_config[] 中将 xtal_mode_in_sleep 设置为 XTAL_Normal， 将 keep_OSC4M_on 设置为 TRUE。

   2. OSC2M: 在 ps_config[] 中将 keep_OSC4M_on 设置为 TRUE。

4. 设置工作电压：在 ps_config[] 中将 sleep_to_08V 设定为 TRUE 。

5. 通过释放 KM4 上的唤醒锁进入睡眠模式（PMU_OS 需要被释放，因为系统启动时默认已获取）。

6. 唤醒后清除 UART/LOGUART 中断。

备注

• 当使用 UART 作为唤醒源时，有以下限制：

  • Rx 时钟源只能为 OSC2M，且睡眠期间不可关闭 OSC4M。当波特率大于 115200 时，不建议使用 UART 作为唤醒源。

    • 睡前需要调用 API RCC_PeriphClockSource_UART(UARTx_DEV, UART_RX_CLK_OSC_LP) 将时钟切换到 OSC2M。

    • 醒后需要更高波特率，可通过 API RCC_PeriphClockSource_UART(UARTx_DEV, UART_RX_CLK_XTAL_40M) 切换为 XTAL40M Rx 时钟。

  • 用于唤醒的命令中超出 FIFO 深度（64 字节）的部分会丢失。

• 当使用 LOGUART 作为唤醒源时，有以下限制：

  • 若 Rx 时钟源为 OSC2M，睡眠期间不可关闭 OSC4M。

    • 睡前需要调用 API RCC_PeriphClockSource_LOGUART(LOGUART_CLK_OSC_LP) 将时钟切换到 OSC2M。

    • 醒后需要更高波特率，可通过 API RCC_PeriphClockSource_LOGUART(LOGUART_CLK_XTAL_40M) 切换为 XTAL40M Rx 时钟。

  • 若 Rx 时钟源为 XTAL40M，睡眠期间不可关闭 XTAL。

  • 用于唤醒的命令中超出 FIFO 深度（16 字节）的部分会丢失。