低功耗模式

概述

RTL87x2G支持四种功耗模式。

CPU Active

在Power active的模式下，如果程序没有进入到idle task，CPU处于Active状态，CPU Clock会处于高速状态，默认是40M Clock。
CPU Sleep

在Power active的模式下，程序进入idle task，CPU进入sleep状态，此时CPU clock会自动降速。如果CPU工作模式下处于40M Clock，CPU sleep时clock降低至625KHz。如果有使用 PLL clock，slow clock与PLL Clock source的选择有关。
DLPS

DLPS 为系统休眠模式，较低的功耗，以及较快的进出时间，同时RAM内容保持。
Power Down

极致低功耗模式。此模式下RAM内容不保持，从Power Down模式退出执行重启流程，较DLPS模式耗时更长。只有LPC和PAD（关闭debounce）可以唤醒Power Down。

不同功耗模式下各个模块使用情况如下，此文档将详细介绍DLPS模式。

不同功耗模式下各个模块使用情况
Mode	PAD	RAM	Bluetooth	32K clock	RTC	Peripheral	CPU	CPU Clock
CPU Active	√	√	√	√	√	√	√	40MHz
CPU Sleep	√	√	√	√	√	√	√	625KHz
DLPS	√	√	×	√	√	×	×	–
PowerDown	√	×	×	×	×	×	×	–

特性与限制

RTL87x2G DLPS模式有如下特点与限制：

系统可以快速进出DLPS模式。
- 进入DLPS的时间小于1ms。
- 蓝牙唤醒事件：退出DLPS的时间大约4ms。
- 其他唤醒事件：退出DLPS的时间大约3ms。
DLPS唤醒事件可以将系统从DLPS状态唤醒。
CPU断电会导致SWD断开连接，因此在使用JLink进行在线debug时，需要禁用DLPS模式。

原理

系统在大部分时间处于空闲状态，此时可以让系统进入DLPS模式以降低功耗。在DLPS模式下高速clock，CPU，Peripherals等模块会掉电，掉电前需要保存必要的数据用以恢复系统。当有事件需要处理时，系统会退出DLPS模式，并将高速clock，CPU，Peripherals等模块重新上电并恢复到进DLPS前的状态，然后响应唤醒事件。上述过程在系统注册的Callback函数里面自动处理，用户无须自行实现。

DLPS模式的进入与退出

DLPS进入条件

只有当同时满足以下条件时，系统才会进入DLPS模式。

系统执行在idle task，其余task均处在block状态或suspend状态，且没有中断发生。

蓝牙模块检查是否满足进入DLPS的条件：

Non-Link mode （当没有连接时，BT存在以下三种状态）

状态

说明

Standby State

系统不会收发数据，蓝牙会进入sleep状态，且不会将系统从DLPS状态唤醒。

Advertising State

(connectable or un-connectable)

若Adv_Interval * 0.625ms >= 15ms，允许进入DLPS，否则不允许进入。

若Advertising Type为Direct Advertising (High duty cycle)，不允许进入DLPS。

对于多广播，依然要满足条件Adv_Interval * 0.625ms >= 15ms后才能进入DLPS。

Scanning State

若(Scan Interval-Scan Window) * 0.625ms >= 15ms，允许进入DLPS，否则不允许进入。

Link mode （有以下两种角色）

角色

说明

Master Role

若Connection Interval * 1.25ms >= 15ms，允许进入DLPS

Slave Role

若Connection Interval * ( 1 + Slave Latency ) * 1.25ms >= 15ms，允许进入DLPS

备注

对于Multi-link mode，设备同时广播和连接，只有当当前时间到下次广播或者连接到期时间隔大于或者等于15ms，才允许进入DLPS。

平台模块检查是否满足条件：
1. Peripheral，APP注册的check callback执行后均返回true。
2. OS中的SW timer周期或者task delay时间大于或者等于20ms。

备注

如果蓝牙模块允许进入DLPS模式，但平台模块不允许，则蓝牙模块进入DLPS模式，而平台模块保持active状态。
如果蓝牙模块不允许进入DLPS模式，则整个系统将仍然处于active状态。

DLPS唤醒事件

系统可以由以下事件唤醒退出DLPS模式。

BT 唤醒

BT事件发生：

BT处于advertising状态，且advertising anchor到来。
BT处于connection状态，且connection anchor到来。
BT处于scanning状态，且scaning anchor到来。

Platform 唤醒

PAD唤醒信号
1. PAD具有DLPS唤醒功能，可以调用 System_WakeUpPinEnable() 使能某个Pin的唤醒功能。当该Pin的电平与唤醒电平相同时，会将系统从DLPS状态唤醒。
2. 例如希望P3_2为高电平时唤醒系统，可以做以下配置。
```
System_WakeUpPinEnable(P3_2, PAD_WAKEUP_POL_HIGH, PAD_WAKEUP_DEB_DISABLE);
```
3. 调用 System_WakeUpPinEnable() 时，将DebounceEn设置为1可以使能debounce唤醒功能。如果使能了debounce唤醒功能，则可以调用 System_WakeUpDebounceTime() 设置debounce time。如下设置debounce time为8ms（默认没有配置时，default value是0ms）。
```
System_WakeUpDebounceTime(P3_2, 8);
System_WakeUpPinEnable(P3_2, PAD_WAKEUP_POL_HIGH, PAD_WAKEUP_DEB_ENABLE);
```
4. System irq是一个系统中断，其触发条件是 System_WakeUpPinEnable() 使能PAD唤醒，且当前pin脚的电平状态与唤醒电平一致。系统默认在进入DLPS后关闭system中断，退出DLPS后恢复system中断。因此如果是PAD唤醒DLPS，系统会在system中断恢复后，进入system中断的handler。
  1. 当debounce唤醒被关闭时，系统从DLPS醒来后，会触发system中断，用户可以在system中断handler里面调用 System_WakeUpInterruptValue() 来查询是哪个Pin唤醒了系统。之后需要调用 Pad_ClearWakeupINTPendingBit() 来清除该Pin的唤醒状态。
  2. 当debounce唤醒被打开时，系统从DLPS醒来后，会触发system中断。但是用户无法确定是哪个Pin唤醒的DLPS，只能在System中断handler里面调用 System_WakeupDebounceStatus() 获取debounce唤醒状态，之后调用 System_WakeupDebounceClear() 清除掉debounce唤醒状态。Debounce唤醒开启后，只有pin维持在唤醒电平状态的时间超过debounce time，才会唤醒DLPS，可以防止意外唤醒。但是缺点是，开启debounce唤醒后，无法检测具体是哪个pin在唤醒DLPS。
    
    备注
    
    虽然debounce相关的API里面的参数有pin num，但这里只是为了确保不同IC系列的接口兼容性，RTL87x2G并未支持debounce唤醒使能下对不同pin唤醒的检测。具体的使用示例，参考 DLPS使用示例 , 上面涉及到的相关接口的具体说明，详见 DLPS Mode APIs。
RTC中断（demo工程：samples\io_sample\rtc\rtc_dlps\proj\rtl87x2g\mdk ）

Hardware唤醒需要额外调用以下接口：
```
RTC_WKConfig(RTC_COMP_WK_INDEX, ENABLE) // enable Comparator wake up
RTC_SystemWakeupConfig(ENABLE);
```
Software唤醒实现方式参考：RTC唤醒的SW实现
SW Timer timeout或者task delay事件。
LPC中断（demo工程：samples\io_sample\lpc\voltage_detection_dlps\proj\rtl87x2g\mdk ）

LPC唤醒需要调用以下API使能。
```
LPC_WKCmd(ENABLE);
```
AON Q-Decoder中断（demo工程：samples\io_sample\aon_qdec\aon_qdec_dlps\proj\rtl87x2g\mdk ）

AON Q-Decoder唤醒需要调用以下API使能。
```
AON_QDEC_INITMask(AON_QDEC, AON_QDEC_X_WAKE_AON_MASK, DISABLE);
```

DLPS模式进入流程

前置条件

某个模块如果希望进入DLPS前能够询问自己，需要预先向Power Manager注册Callback函数。当Power Manager执行Callback函数时，各模块再根据Callback函数的结果告知Power Manager是否允许进入DLPS。蓝牙模块是基于平台模块的，因此只有蓝牙模块允许进入DLPS，才会继续检查平台模块。

进入流程

系统进入到idle task。
询问蓝牙模块是否能进入DLPS模式。
蓝牙模块状态保存和进入DLPS模式。
询问平台模块是否能进入DLPS模式。
平台模块状态保存和进入DLPS模式。

DLPS模式退出流程

系统从DLPS模式醒来后，首先会恢复power和高速clock，随后恢复CPU NVIC和Peripherals。只有平台模块完全退出DLPS后，才会检查其他模块是否需要退出DLPS。

系统恢复

系统退出DLPS模式后，会触发Reset异常进入Reset Handler。在Reset Handler中会检查重启的原因。如果重新上电，系统会走重启流程。如果从DLPS模式唤醒，系统会走DLPS恢复流程，Platform首先恢复power和高速clock，最后进行OS的restore。
平台完全退出DLPS

Platform恢复的最后阶段是在timer task中完成的，此时Platform完全退出DLPS，会完成CPU NVIC，peripherals的恢复及用户自定义退出callback函数的执行。
检查其他系统模块是否需要从DLPS中退出和恢复

判断是否蓝牙事件唤醒DLPS。如果是，蓝牙模块退出DLPS并恢复状态；否则蓝牙模块继续保持低功耗状态。

硬件状态保存与恢复

CPU NVIC

系统进入DLPS后CPU会掉电，因此需要在进入DLPS前保存NVIC寄存器，并在退出DLPS后恢复NVIC寄存器。这样可以确保中断配置可以得到保存，并在DLPS退出后及时恢复中断配置。

SDK中默认CPU_DLPS_Enter和CPU_DLPS_Exit自动实现了CPU NVIC寄存器的保存和恢复，用户无须自行实现。

PAD

PAD在DLPS模式下不会掉电，因此不需要保存其状态。但是为了防止漏电，在进DLPS时需要对PAD做如下设置。

系统没有使用到的PAD，包括package没有出引脚的PAD必须设为{SW mode, Input mode, Pull Down}。这些是PAD的默认设置，因此用户无须更改。
系统使用到的PAD必须设为{SW mode, Input mode, Pull Up/Pull Down}。Pull Up还是Pull Down取决于外围电路。电压是VDD，需要Pull Up；电压是GND，需要Pull Down。
对于PAD的外围电路电压介于VDD和GND之间，需要把PAD设为{SW mode，Shut down mode，Pull None}。这样配置可以确保进入DLPS后，引脚与外围电路隔离以最小化漏电。
设置了唤醒功能的PAD需要设定为{SW mode, Input mode, Pull Up/Pull Down}。Pull Up/Pull Down状态要与唤醒信号的极性相反。如果一个引脚设置为拉低唤醒，则需要在进入DLPS前Pull Up。
退出DLPS时要把PAD设置恢复成原来的状态，确保PAD实现应用所需的功能，以避免产生问题。

外设

外设进DLPS时会掉电，所以进出DLPS时需要保存和恢复相关设定。退出DLPS时需要先重新使能外设模块并打开其时钟，再恢复相关设定。

外挂Sensor

外挂Sensor在进出DLPS时的处理分两种情况。

如果Sensor不掉电，则不用恢复。
如果Sensor掉电，则需要注册application callback函数，并在其中重新初始化Sensor。

状态保存流程

CPU，PINMUX和peripherals的状态会由系统自动保存。PAD状态如何设定取决于APP，因此需要在APP中调用 DLPS_IORegUserDlpsEnterCb() 注册Vendor Callback函数，并在该Vendor Callback函数中根据需要设定PAD状态。如果有外挂sensors需要在进DLPS前进行保存操作，也应该放在同样的vendor Callback函数中实现。

../../../../_images/IO_Store_Flow.PNG — 硬件状态保存流程

恢复流程

退出DLPS时，系统会自动恢复CPU，PINMUX和peripherals。出DLPS时，PAD如何设定取决于APP，因此需要在APP中调用 DLPS_IORegUserDlpsExitCb() 注册Vendor Callback函数，在Vendor Callback函数里恢复PAD设定。如果有外部sensor在出DLPS后需要恢复的操作，也应该放在同样的Vendor Callback函数里实现。

../../../../_images/IO_Restore_Flow.PNG — 硬件设定恢复流程

外设DLPS相关设定

每个APP project会有一个独立的board.h文件，其中包含如下硬件相关的DLPS设定。

/* if use user define DLPS enter/DLPS exit callback function */
#define USE_USER_DEFINE_DLPS_EXIT_CB         1
#define USE_USER_DEFINE_DLPS_ENTER_CB        1

/* if use any peripherals below, #define it  1 */
#define USE_ADC_DLPS                         0
#define USE_GPIOA_DLPS                       0
#define USE_I2C0_DLPS                        0
#define USE_I2C1_DLPS                        0
#define USE_IR_DLPS                          0
#define USE_KEYSCAN_DLPS                     0
#define USE_SPI0_DLPS                        0
#define USE_SPI1_DLPS                        0
#define USE_UART0_DLPS                       0
#define USE_UART1_DLPS                       0
#define USE_ENHTIM_DLPS                      0

如果APP中使用了某个外设，且需要在进出DLPS时，系统能自动保存、恢复其状态，则需要将该外设对应的USE_XXX_DLPS宏设定为‘1’。对于部分外设比如GDMA，需要在DLPS exit callback function里重新调用init函数。

APP还需要在PwrMgr_Init()调用如下API来注册IO DLPS Callback函数，系统会在该Callback函数里自动完成相关外设的保存和恢复。

DLPS_IORegister();

如果需要在进出DLPS时做一些APP自定义的操作，则需要设定以下两处：

在board.h中将USE_USER_DEFINE_DLPS_EXIT_CB与USE_USER_DEFINE_DLPS_ENTER_CB配置为1。

在APP中调用如下API来注册并实现vendor callback函数。

void DlpsExitCallback(void)
{
    //do something here
}

void DlpsEnterCallback(void)
{
    //do something here
}

DLPS_IORegUserDlpsExitCb(DlpsExitCallback);
DLPS_IORegUserDlpsEnterCb(DlpsEnterCallback);

在上面的例子中，在进入和退出DLPS的过程中会分别执行DlpsEnterCallback()和DlpsExitCallback()，APP可以在这两个函数中完成自定义操作，如PAD设置、外设设备的操作等。

DLPS使用示例

关闭Debounce下的PAD唤醒

注册DLPS check, enter and exit vendor callback函数，拉低P3_2以唤醒DLPS。

bool DLPS_Check(void)
{
    return true;
}

void EnterDlpsSet(void)  //DLPS Enter
{
    Pad_Config(P3_2, PAD_SW_MODE, PAD_IS_PWRON,
      PAD_PULL_UP, PAD_OUT_DISABLE, PAD_OUT_LOW);
    System_WakeUpPinEnable(P3_2, PAD_WAKEUP_POL_LOW,
      PAD_WAKEUP_DEB_DISABLE);
}

void ExitDlpsInit(void)  //DLPS Exit
{
    Pad_Config(P3_2, PAD_PINMUX_MODE, PAD_IS_PWRON,
      PAD_PULL_UP, PAD_OUT_DISABLE, PAD_OUT_LOW);
}

void pwr_mgr_init(void)
{
#if DLPS_EN
    power_check_cb_register (DLPS_Check);
    DLPS_IORegUserDlpsEnterCb(EnterDlpsSet);  //DLPS Enter CB
    DLPS_IORegUserDlpsExitCb(ExitDlpsInit);  //DLPS Exit CB
    DLPS_IORegister();
    bt_power_mode_set(BTPOWER_DEEP_SLEEP);
    power_mode_set(POWER_DLPS_MODE);
#endif
}

定义System中断handler以检测哪一个pin唤醒DLPS。

void System_Handler(void)
{
    APP_PRINT_INFO0("System_Handler");
    NVIC_DisableIRQ(System_IRQn);

    if (System_WakeUpInterruptValue(P3_2) == SET)
    {
        APP_PRINT_INFO0("P3_2 Wake up");
        Pad_ClearWakeupINTPendingBit(P3_2);
        System_WakeUpPinDisable(P3_2);
    }

    NVIC_ClearPendingIRQ(System_IRQn);
}

打开Debounce下的PAD唤醒

注册DLPS check, enter 和exit vendor callback函数，拉低P3_2以唤醒DLPS，设置8ms debounce。

bool DLPS_Check(void)
{
    return true;
}

void EnterDlpsSet(void)
{
    Pad_Config(P3_2, PAD_SW_MODE, PAD_IS_PWRON,
      PAD_PULL_UP, PAD_OUT_DISABLE, PAD_OUT_LOW);
    System_WakeUpPinDisable(P3_2);
    System_WakeUpDebounceTime(P3_2, 8);
    System_WakeUpPinEnable(P3_2, PAD_WAKEUP_POL_LOW, PAD_WAKEUP_DEB_ENABLE);
}

void ExitDlpsInit(void)
{
    Pad_Config(P3_2, PAD_PINMUX_MODE, PAD_IS_PWRON,
      PAD_PULL_UP, PAD_OUT_DISABLE, PAD_OUT_LOW);
}

void pwr_mgr_init(void)
{
#if DLPS_EN
    power_check_cb_register(DLPS_Check);
    DLPS_IORegUserDlpsEnterCb(EnterDlpsSet);
    DLPS_IORegUserDlpsExitCb(ExitDlpsInit);
    DLPS_IORegister();
    bt_power_mode_set(BTPOWER_DEEP_SLEEP);
    power_mode_set(POWER_DLPS_MODE);
#endif
}

当debounce唤醒DLPS使能后，System中断handler不能判断具体是哪个pin唤醒的DLPS，只能判断是否存在debounce唤醒DLPS。因此只需要clear debounce status。

void System_Handler(void)
{
    APP_PRINT_INFO0("System_Handler");
    NVIC_DisableIRQ(System_IRQn);

    if(System_WakeupDebounceStatus(P3_2) == SET)
    {
      System_WakeupDebounceClear(P3_2);
        DBG_DIRECT("debounce Wake up");
    }
    NVIC_ClearPendingIRQ(System_IRQn);
}

RTC唤醒的SW实现

RTC HW唤醒DLPS，需要RTC到期后，系统从DLPS退出，执行上电后restore动作，最后再触发RTC中断。这样导致RTC中断产生的时间被延迟了，其时间为DLPS退出的时间。

如果需要更高精度的RTC中断，可以采用SW唤醒DLPS，退出DLPS后，RTC到期执行中断。因为SW唤醒DLPS，会考虑到DLPS退出的延迟而提前唤醒DLPS，因此RTC中断会更为准确。

具体做法如下。

取消调用RTC唤醒使能的接口，以关闭RTC中断HW唤醒。
在callback中增加next_wake_up_time指针参数，计算出下次唤醒的时间（单位32.15us），将计算得到的值更新到next_wake_up_time中，由platform触发下次唤醒。

uint32_t RTC_tick; // unit: 32.15us
POWER_CheckResult RTC_Check_GT(uint32_t *next_wake_up_time)  //unit 31.25us
{
    uint32_t wake_up_count = RTC_GetCompValue(RTC_COMP_INDEX) - RTC_GetCounter();
    if(wake_up_count > 0)
    {
        *next_wake_up_time = wake_up_count * RTC_tick;
        return POWER_CHECK_PASS;
    }
    else
    {
        return POWER_CHECK_FAIL;
    }
}

注册DLPS check callback。

RTC_tick = (RTC_PRESCALER_VALUE + 1);
power_check_cb_register(RTC_Check_GT);

角色	说明
Master Role	若Connection Interval * 1.25ms >= 15ms，允许进入DLPS
Slave Role	若Connection Interval * ( 1 + Slave Latency ) * 1.25ms >= 15ms，允许进入DLPS