RT-Thread正式開源了電源管理框架

2021-01-08 電子發燒友
RT-Thread正式開源了電源管理框架

李倩 發表於 2018-11-02 15:45:00

PM 組件背景

隨著物聯網(IoT)的興起，產品對低功耗的需求越來越強烈。例如作為數據採集的傳感器節點，通常需要在電池供電時長期工作，還有一些產品需要在快速的響應網絡功能的同時也能擁有較低的功耗。（文末有彩蛋）

與此同時，越來越多的 IoT 產品使用到了 RTOS，可是與傳統裸機產品的低功耗處理相比，在 RTOS 平臺上需要增加針對調度器內核做特殊處理，這就需要 RTOS 廠家提供低功耗相關的支持。

為了適應 IoT 的這種需求，RT-Thread 今天正式開源了電源管理（PM）框架。電源管理框架的理念是應用儘量透明，使得低功耗功能的使用更加簡單。

RTOS 中的功耗

IoT 產品的功耗來源可以分成2部分，一部分是 MCU 內部的功耗，一部分是板載其他外設的功耗。而在 MCU 內的功耗又可以分成CPU 的功耗和片內外設的功耗。為了實現低功耗的功能，我們需要對它們進行合適的管理。

與傳統的裸機不一樣，在 RTOS 上對於功耗的處理主要是在系統進入空閒（idle）任務之後。此時 RTOS 處於空閒狀態，可以進入不同的低功耗模式（這時 CPU 已經停止運行了）。與此同時，也可以根據實際產品的需求，選擇性關閉不同的片內外設和板載外設。

在進入低功耗模式之後，MCU  可以被部分中斷喚醒，例如它可以被低功耗定時器中斷、喚醒按鍵中斷等等。MCU 在被喚醒之後，系統需要保證依舊可以繼續執行任務直到下一次空閒。

RT-Thread PM 組件介紹

為了在 RT-Thread 更好的實現低功耗功能，RT-Thread 開發了一套通用的電源管理（PM）組件，也就是大家常說到低功耗組件。該組件配合 RT-Thread 的設備管理框架，不僅對上層提供了豐富的接口，也使得底層驅動對於該組件的適配變得更加簡單。

PM 組件的主要特點如下：

低資源佔用

RT-Thread PM 組件資源佔用極低，最少使用情況：ROM 佔用 0.8K，RAM 佔用 0.1K，非常適合對資源受限的嵌入式平臺。

應用透明性

用戶開啟了低功耗組件後，應用代碼基本不需要調整，PM 組件將在底層自動完成電源管理。這個特色功能主要用了下面兩個技術：

tickless：當系統空閒時，系統會儘可能的延長下次 tick 的觸發時間，保證 MCU 儘可能長的時間處於最低功耗模式；

時間補償：當 MCU 喚醒時，系統的 tick 也會自動進行補償處理，保證應用層獲取到的 tick 依舊正常。

智能省電模式

MCU 通常可以運行在不同的頻率，也可以進入不同的休眠模式。在 PM 組件的底層實現裡，是將這些模式做了抽象處理，形成統一的模式命名。例如：高性能運行模式、低功耗運行模式、停止模式（僅僅 CPU 停止）、定時器模式（CPU 停止，進入深度休眠）等等。

問題：面對這麼多模式，如果恰巧在產品上低功耗相關的外設也很多，怎麼辦？

傳統方式：就需要用戶來處理好各個外設與電源模式切換的代碼。因為可能有些外設不支持低功耗模式下運行，所以不能讓系統空閒時就強制進入最低功耗模式，否則會導致一系列問題；

當前方式：當系統空閒時，PM 組件會結合當前用戶配置的電源模式以及 MCU 工作情況，選擇最適合的模式進行切換，並且會在切換前通知相關外設，做好模式切換的準備工作。

通用性強

可支持所有通用的 MCU ，該組件也已經在 RT-Thread 內部經過長期測試，並在多個平臺上做過驗證，例如：STM32系列、EFM32系列 等等。

豐富的上層接口

PM 組件除了本身提供的功耗接口，還實現了一個 PM 設備，上層用戶可以使用 RT-Thread 的設備接口進行訪問。由於設備接口可以通過設備文件系統方式對接到文件系統，所以 PM 組件就可以使用通用的文件接口來訪問。

同時 PM 組件還提供了 Finsh/MSH 調試命令，方便用戶也可以通過輸入命令方式，調試低功耗功能。

使用簡介

PM 組件目前開源在 RT-Thread 的  GitHub 倉庫中，代碼位於 rt-thread/components/drivers/pm 下，大致使用流程如下：

開啟：通過 ENV 工具，在 menuconfig 中的設備驅動菜單下選中 PM 組件；

移植：請先參考《電源管理用戶手冊》完成必要的移植過程；

應用：如果沒有對接功耗敏感的外設，此時應用代碼無需做任何更改，PM 組件會自動在後臺工作；否則需要對這些功耗敏感外設做特殊處理。

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