stm32L0 +freertos tickless低功耗

嵌入式实时操作系统运行中都会有一个系统时钟节拍，类似于人的心脏来驱动整个系统的运行。运行在arm cortex-m内核的单片机上的系统时钟用的最多的就是systick（属于arm内核带的）。使用stm32cubemx可以直接生成移植好的freertos工程，默认也会使用systick为系统时钟，时钟周期为1ms。

基于MCU的低功耗核心思想也很简单，就是让mcu尽可能的处于低功耗的状态。需要处理一些事情的时候唤醒做完了再进入低功耗。那么和freertos结合起来进行低功耗的处理又该如何处理？

首先freertos相比裸机就是有系统时钟节拍的概念，就按照默认的1ms时钟周期来举例：每1ms时间到就会执行一次任务调度器，任务调度器就会去查看是否有任务需要切换，是否阻塞状态的任务已经变成了就绪态。如果不需要切换或者全部任务都处于阻塞态的话，freertos就会切换到IDLE空闲任务中运行。

既然进了空闲任务就代表该做的事情做完了。所以处理低功耗的最简单的思路就是在空闲任务里让MCU进入低功耗状态，直到下次时钟节拍到来的时候又被唤醒起来。这样就是每1ms需要被唤醒一次。如下图所示：

红色的区域为时钟节拍到唤醒后运行的状态，绿色区域为进入IDLE空闲任务再进入低功耗的状态。

该思路应该是在freertos下处理低功耗最简单的方式，但是每1ms 单片机还是需要唤醒一下，可能大部分被唤醒以后所有任务还是处于阻塞状态，就又直接进入低功耗了。所以这次唤醒就是无意义的，是浪费电量的。

至此就又引出了更高级的玩法，让那些在唤醒以后又直接进低功耗的直接干脆就不要唤醒了，就等到需要任务切换的时候再次唤醒。这样子系统时钟节拍就已经不像原来这样有节奏的1ms来一次了，感觉像是没有tick时钟，所以这种模式就叫做tickless。示意图如下面这种样子：

可以看到mcu将大部分时间处于绿色的低功耗区域，只有再真正需要有任务切换的时候再唤醒起来。核心思路明白了，其实还有很多细节疑问，我怎么知道这次唤醒距离下次需要任务切换的时间间隔？原来的systick都是配置好的1ms中断一次，现在又该怎么处理？

实际上这两个问题在freertos下都不是问题：因为freertos已经帮我们做好了。它会计算下次需要唤醒的时间间隔wake_time，然后重新配置systick过 wake_time 时间以后再次唤醒。而真正需要我们做的就是，修改配置文件，使能tickless。

在freertosConfig.h文件中添加如下宏定义：

关键性进入低功耗和配置systick的代码在port.c文件中。可以自行阅读参考。

烧录运行，再使用仪器测量下电流发现电流已经降了不少，可是仍然在ma级别。这个对于电池供电的设备想要运行一年肯定是不行的，所以还需要进一步优化。要优化就要先明白现在没有降下去的原因在哪里。打开port.c文件看针对低功耗的部分如何处理，如下为关键性的代码：

进入低功耗最关键的一句代码就是__wfi(); 查看stm32L0的参考手册描述：

WFI指令只是让单片机进入了sleep模式，在该模式下也只有ARM-COREX 内核的时钟关闭了，但是其他比如GPIO、ADC、UART这些外设时钟都是打开的，也就是还处于耗电状态。

stm32L0提供5种低功耗模式。其中综合考虑STOP模式可以做到ua级别，同时又可以保存ram内容，唤醒以后继续运行。所以接下来的主要工作就是要把原来进入sleep低功耗模式换成进入STOP模式。

低功耗模式确定了，还有个最关键也是最复杂的一个问题。当进入STOP模式以后systick时钟彻底停止了，这样tickless计算出来下次该唤醒的时间到了，该如何唤醒？

systick用不了了，那么只能寻找替代的定时器，该定时器还要满足一个要求就是在单片机进入到STOP模式以后还可以继续运行。好在stm32L0系列有一个LPTIMER，正好满足要求，在进入低功耗以后也可以把单片机唤醒。那接下来的思路就是彻底抛弃systick，使用LPTIMER来产生系统时钟节拍。

在stm32cubemx中使能LPTIMER并配置,记好要使能中断。

在clock configuration中还有个选择LPTIMER时钟源的地方，我这里配置为LSI

生成代码，修改stm32l0xx_it.c文件，注释掉原来sytick中断中的freertos处理代码：

再添加如下代码，把os系统节拍处理放在LPTIMER的中断回调中：

这个步骤完成了，当然还有个地方要处理，原来进入低功耗模式部分的代码。实际上freertos是可以自定义低功耗处理部分的，记得前面在freertosConfig.h文件中添加了的宏定义改为2 ：define configUSE_TICKLESS_IDLE 2

除此之外，还有自定义个 vPortSuppressTicksAndSleep 函数来替代原来port.c中移植好的。具体这个函数该怎么写freertos有参考： https://www.freertos.org/low-power-tickless-rtos.html

如下为我自己写的处理代码：

这里面有两个地方需要注意：假如开了ADC的话进入STOP之前关掉，还有进入STOP使用PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON参数可以进一步降低功耗。

基于以上修改之后再次测量单片机低功耗时的电流可以做到30ua左右了。