AliOS Things電源管理框架怎么滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低功耗需求

AliOS Things電源管理框架使用介紹，主要針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低功耗需求。

一、電源管理框架簡介

電源管理框架的目的在于節(jié)約CPU的功耗。傳統(tǒng)上，當(dāng)操作系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時(shí)，比如所有用戶任務(wù)和系統(tǒng)任務(wù)處于阻塞狀態(tài)，將執(zhí)行idle task。idle task的通常做法是一個(gè)while（1）空循環(huán)，從匯編視角看是不斷執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令，也就是說當(dāng)操作系統(tǒng)空閑時(shí)，CPU將處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。使能電源管理框架后，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入idle task后，將設(shè)置CPU進(jìn)入低功耗狀態(tài)，從而節(jié)省CPU的功耗。

AliOS Things電源管理框架具有如下特點(diǎn)：

（1）應(yīng)用配置電源管理框架并添加初始化代碼后，整個(gè)框架的運(yùn)行對(duì)應(yīng)用透明，用戶無需為了支持電源管理框架而修改應(yīng)用代碼；

（2）支持多級(jí)低功耗狀態(tài)；

在某些MCU上，根據(jù)不同的節(jié)電程度和喚醒時(shí)間分為多級(jí)睡眠，電源管理框架提供了對(duì)該特性的支持，在進(jìn)入低功耗狀態(tài)時(shí)將根據(jù)睡眠時(shí)間和節(jié)電程度選擇最佳睡眠等級(jí)。

（3）支持tickless機(jī)制

當(dāng)MCU決定進(jìn)入低功耗狀態(tài)時(shí)，將關(guān)閉系統(tǒng)tick中斷，并在醒來的時(shí)候恢復(fù)系統(tǒng)tick中斷并補(bǔ)償睡眠過程中丟失的tick數(shù)。這種策略通過減少系統(tǒng)時(shí)鐘中斷來最大程度降低系統(tǒng)空閑時(shí)的功耗。

（4）支持精簡的低功耗模式

當(dāng)MCU進(jìn)入低功耗后，不關(guān)閉系統(tǒng)tick中斷，系統(tǒng)tick也能喚醒系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，但當(dāng)系統(tǒng)長時(shí)間空閑時(shí)，由于系統(tǒng)時(shí)鐘頻繁喚醒系統(tǒng)，不利于節(jié)能。

在某基于nrf52832 MCU的開發(fā)板上測試電源管理框架的運(yùn)行效果如下：

在普通運(yùn)行模式下nrf52832 MCU的平均運(yùn)行電流在4mA左右，在添加電源管理模塊后MCU的電流測試如下表所示：

從測試結(jié)果可以看出，在對(duì)功耗敏感的系統(tǒng)上，比如依靠電池供電的系統(tǒng)，非常有必要使用電源管理框架，它可顯著降低系統(tǒng)功耗，增加系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間。

二、應(yīng)用配置（為應(yīng)用添加低功耗支持）

應(yīng)用若要使用電源管理框架，需進(jìn)行如下配置：

（1）應(yīng)用目錄的.mk文件中添加對(duì)電源管理模塊的依賴，示例：

GLOBAL_DEFINES += RHINO_CONFIG_CPU_PWR_MGMT=1

$（NAME）_COMPONENTS ：= rhino/pwrmgmt

（2）在應(yīng)用初始化函數(shù)中（比如application_start（int argc， char *argv［］））調(diào)用電源管理模塊初始化函數(shù)。

cpu_pwrmgmt_init（）;

三、示例應(yīng)用（app/example/pwr_test）

目前AliOS Things 2.0版本在developerkit和PCA10040平臺(tái)上對(duì)電源管理框架進(jìn)行了適配，可用如下命令編譯示例應(yīng)用并下載到develoerkit上運(yùn)行：

aos make pwr_test@developerkit

aos upload pwr_test@developerkit

示例應(yīng)用創(chuàng)建了2個(gè)任務(wù)demo1和demo2。demo1的主要邏輯是一個(gè)while循環(huán)：count1增1，同時(shí)打印count1和g_idle_count［0］的值，然后睡眠1秒。demo2的主要邏輯也是一個(gè)while循環(huán)：count2增1，同時(shí)打印count2的值，然后睡眠2秒。

其中g(shù)_idle_count［0］是一個(gè)全局變量，idle任務(wù)在執(zhí)行時(shí)會(huì)累加該值。

若沒有開啟低功耗模塊，那么當(dāng)demo1和demo2處于睡眠狀態(tài)時(shí)，idle任務(wù)持續(xù)執(zhí)行，g_idle_count［0］不斷增加。輸出示例如下：

count1 = 0， idle = 0

count2 = 0

count1 = 1， idle = 2347298

count1 = 2， idle = 4693421

count2 = 1

count1 = 3， idle = 7036926

count1 = 4， idle = 9383049

count2 = 2

count1 = 5， idle = 11726554

count1 = 6， idle = 14072465

開啟低功耗時(shí)，當(dāng)demo1和demo2處于睡眠狀態(tài)時(shí)，idle任務(wù)執(zhí)行g(shù)_idle_count［0］增1后，調(diào)用cpu_pwr_down（）進(jìn)入低功耗狀態(tài)。因此系統(tǒng)每次進(jìn)入空閑狀態(tài)，g_idle_count［0］只增加1。輸出示例如下：

count1 = 0， idle = 0

count2 = 0

count1 = 1， idle = 1

count2 = 1

count1 = 2， idle = 3

count1 = 3， idle = 4

count2 = 2

count1 = 4， idle = 6

count1 = 5， idle = 7

說明：如果條件允許，直接測試功耗，比如測試MCU的電流，效果更直觀。

四、電源管理框架的適配

由于電源管理框架的運(yùn)行依賴于硬件能力，因此在適配時(shí)首先要分析目標(biāo)硬件是否有能力支持，然后要基于硬件能力為電源管理框架提供相關(guān)驅(qū)動(dòng)。

4.1 硬件要求

要想支持電源管理框架，目標(biāo)MCU需要支持如下特性：

（1）至少支持一種低功耗模式。在該低功耗模式下，RAM和寄存器的值能夠被維持。

（2）在低功耗模式下，存在可用的定時(shí)器，且該定時(shí)器能喚醒系統(tǒng)。在tickless機(jī)制下，該定時(shí)器用于計(jì)算低功耗時(shí)間，以補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)鐘。

4.2 適配接口

為了支持電源管理模塊需完成如下接口適配：

注：可參考developerkit和PCA10040平臺(tái)上的適配示例（pwrmgmt_hal目錄）。

作者：云棲社區(qū) jianniu