low-power-embedded

低功耗嵌入式系统

用途

指导 Agent 使用 MCU 低功耗模式：休眠与深度休眠（停止／待机）、外设和总线时钟门控、唤醒源配置以及实用的电流测量，并提供 Cortex-M WFI/WFE 和厂商 PWR 示例（以 STM32 为主的模式也适用于其他平台）。

适用场景

• 电池供电固件未达到功耗预算
• 权衡唤醒延迟与功耗
• 调试“设备无法唤醒”或“休眠时电流仍有数 mA”
• 发布 RTOS 空闲钩子或裸机主循环休眠前
• 与 skills/baremetal/interrupts-and-exceptions-baremetal 交叉引用

工作流

1. 电源模式层级（STM32 风格）

模式	CPU	外设	RAM	唤醒源	相对电流
运行	开	开	开	—	最高
休眠	关	开	开	任意 IRQ	中等
停止	关	大多数关闭	开	EXTI、RTC、UART	低
待机	关	关	丢失*	WKUP 引脚、RTC	最低

* 待机会清除大部分 SRAM；状态请存入备份域或外部 EEPROM。

2. 进入休眠（WFI）

/* Cortex-M — sleep until interrupt */
__disable_irq();
/* configure wake source (e.g. EXTI, RTC alarm) */
__enable_irq();
__WFI(); /* or __WFE() for event-based wake */

在执行 WFI 前，确保已清除待处理中断，否则可能立即唤醒。

3. STM32 停止模式模式

#include "stm32f4xx.h"

void enter_stop_mode(void)
{
    /* Gate clocks you do not need */
    RCC->AHB1ENR &= ~RCC_AHB1ENR_GPIOAEN; /* example — only if safe */

    PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;   /* clear wake flags */
    PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;   /* deep sleep = Stop */
    SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

    __WFI();

    /* After wake: re-enable HSE/PLL — clocks lost in Stop on many parts */
    SystemInit();
}

退出停止模式后，重新初始化寄存器已丢失的时钟和外设。

4. 时钟门控检查清单

Before sleep
├── Disable unused peripheral clocks (RCC xENR)
├── Disable ADC/DAC continuous modes
├── Stop DMA channels
├── Enter peripheral low-power (UART mute, SPI off)
└── Configure lowest viable regulator scale (Voltage Scale 2/3)

5. 唤醒源

来源	配置
EXTI GPIO	SYSCFG + EXTI IMR，边沿触发
RTC 闹钟	RTC WUT/WAKEUP
UART	起始位检测（部分 MCU）
IWDG	不是唤醒源——会复位设备

6. 测量技巧

• 将电流表串联到 VDDA/VDD；使用较短的采样窗口测量 uA
• 使用 DWT 周期计数器对唤醒延迟进行基准测试
• 记录并确保运行与休眠电流的对比采用相同的时钟树

7. RTOS 说明

FreeRTOS 的 configUSE_TICKLESS_IDLE 会映射到 WFI/停止模式——请与 skills/embedded/freertos 协调。

8. Agent 用法

/low-power-embedded Configure STM32 Stop mode with EXTI0 wake and PLL restore

常见问题

症状	原因	修复方法
“休眠”时电流仍有数 mA	调试接口（SWD）仍处于活动状态	断开调试器；禁用 DBGMCU
执行 WFI 后立即唤醒	NVIC IRQ 仍待处理	执行 WFI 前清除标志
唤醒后状态丢失	进入了待机模式，而非停止模式	若 RAM 必须保留，请使用停止模式
唤醒后 UART 无法工作	时钟树未恢复	调用 SystemInit() 路径
电流高于数据手册标示的 uA	GPIO 悬空	将未使用的引脚设为模拟模式或配置上拉

相关技能

• skills/baremetal/interrupts-and-exceptions-baremetal — EXTI 唤醒 IRQ
• skills/baremetal/gpio-baremetal — 用于控制漏电的引脚模式
• skills/baremetal/stm32-baremetal — RCC 和 PWR 寄存器
• skills/baremetal/timers-pwm-baremetal — 休眠前停止定时器
• skills/embedded/freertos — Tickless 空闲集成