前后台系统的低功耗编程思想——STM8平台

1.前言

    工作之后接触了“低功耗”,开始搜索各种各样的低功耗MCU。网络是一个非常自由的地方,你总可以看到各种关于哪个MCU功耗更低的论战,在这些论战中我查阅了几乎所有低功耗MCU的特性,例如MSP430、EFM32还有STM32L等,网络论战的核心便是哪款MCU的休眠电流更低。看多了资料我便发现,这些低功耗的MCU如何使用,低功耗MCU的程序编写和普通MCU编程有什么区别。
    带着这些疑问我继续品味关于低功耗MCU的”论战“,直到我购买了《MSP430系列单片机系统工程设计与实践》。在该书中提到了低功耗MCU编程的基本思想,大致可以总结为:
    1.善用节拍
    2.消除阻塞
    下面就结合STM8谈谈如何实践以上两点。(虽然STM8并不是严格意义上的低功耗MCU,但是只要有低功耗指令的MCU都可以使用以上两点,发挥它的低功耗特性)

2.善用节拍

    定时休眠是低功耗MCU常用的手段,定时休眠便是让MCU先休眠再工作,在休眠和工作之间不停转换。STM8有多种低功耗方式,例如 等待模式便是其中的一种,等待模式时仅MCU停止工作,其他外设可正常工作。使用等待模式可以保证定时器或UART等可以正常的进入中断。当然也可以使用停止模式进一步降低功耗,在这里则使用等待模式做一个“方法性质”的说明。
前后台系统的低功耗编程思想——STM8平台_第1张图片
    图1 前后台系统中的低功耗节拍
    可以这样理解,定时进入低功耗模式也可以理解为一个任务,这个“任务”会阻塞CPU使得其他任务无法得到运行,但这并不是真正意义的阻塞CPU,而是使得CPU停止只能通过定时器中断才可以退出该”任务“。实现部分的代码如下:
void main(void)
{
  /* Clock configuration -----------------------------------------*/
  CLK_Config();  
  /* GPIO configuration -----------------------------------------*/
  GPIO_Config();  
  /* TIM4 configuration -----------------------------------------*/
  TIM4_Config();    
  while (1)
  {
    // 进入等待模式,CPU停止工作,所有中断打开
    Enter_WaitMode();
    // LED闪烁任务
    LED_Process();
  }
}

void Enter_WaitMode(void)
{
  WaitFlag = 0;
  // 1ms之后CPU被TIM4中断唤醒,WaitFlag在中断中被置位
  while( WaitFlag == 0)
  {
    __wait_for_interrupt(); 
  }
}

INTERRUPT_HANDLER(TIM4_UPD_OVF_IRQHandler, 23)
{
  WaitFlag = 1;
  /* Cleat Interrupt Pending bit */
  TIM4_ClearITPendingBit(TIM4_IT_UPDATE);
}

    以上代码中出现了WaitFlag标志位,该标志位出现在Enter_WaitMode函数和TIM4_UPD_OVF_IRQHandler中断中,该标志位的作用是保证唤醒CPU继续工作的一定是定时器4溢出中断,其他中断例如UART接收中断则不能使CPU重新运行。STM8的等待模式和定时器4溢出中断组成了低功耗节拍”任务“。

3.消除阻塞

    从上文的分析可以看出,在整个的运行周期中总是希望低功耗任务所占的比重大(从时间角度切入),其他任务所占的比重小。那么其他任务应该尽量减少对CPU的占用,例如实现LED间隔闪烁便可使用以下代码:

void LED_Process(void)
{
  static uint16_t LEDCounter = 0;
  
  if( LEDCounter++ > 500 )
  {
    LEDCounter = 0;
    /* Toggles LEDs */
    GPIO_WriteReverse(LED_GPIO_PORT, (GPIO_Pin_TypeDef)LED_GPIO_PINS);
  }
}

    由于LED_Process在低功耗任务之后运行,而低功耗任务所占用CPU的时间为固定时间—— 定时器4溢出周期,也就意味着 LED任务的调用周期为1ms,利用该特性可以结合一个 计数变量LEDCounter实现LED闪烁功能,当然更复杂的时序可以通过 有限状态机实现。

4.总结

    节拍运行和消除阻塞算是低功耗MCU编程的基本思想,理解了低功耗MCU编程的基本思路那么不是低功耗的MCU也可以用来开发出低功耗应用。前段时间上TB查看MCU的价格,STM8的价格真的把我吓了一跳,自己也购置了STM8开发板,结合低功耗方法于是总结了该文章。
    工程代码分享
    若结合操作系统实现低功耗,请参考以下 博文
    未来的安排——尝试一下STM8和SI4432如何!
前后台系统的低功耗编程思想——STM8平台_第2张图片

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