第二十二章 待机唤醒实验

       [mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板 2.软件平台：MDK5.1 3.固件库版本：V1.4.0 [/mw_shl_code]

本章我们将向大家介绍STM32F4的待机唤醒功能。在本章中，我们将使用KEY_UP按键来实现唤醒和进入待机模式的功能，然后使用DS0指示状态。本章将分为如下几个部分： 22.1 STM32F4待机模式简介 22.2 硬件设计 22.3 软件设计 22.4 下载验证  

22.1 STM32F4待机模式简介

很多单片机都有低功耗模式，STM32F4也不例外。在系统或电源复位以后，微控制器处于运行状态。运行状态下的HCLK为CPU提供时钟，内核执行程序代码。当CPU不需继续运行时，可以利用多个低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源消耗，最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。STM32F4的3种低功耗模式我们在5.2.4节有粗略介绍，这里我们再回顾一下。 STM32F4提供了3种低功耗模式，以达到不同层次的降低功耗的目的，这三种模式如下： 1）睡眠模式（CM4内核停止工作，外设仍在运行）； 2）停止模式（所有的时钟都停止）； 3）待机模式； 在运行模式下，我们也可以通过降低系统时钟关闭APB和AHB总线上未被使用的外设的时钟来降低功耗。三种低功耗模式一览表见表22.1.1所示：
表22.1.1 STM32F4低功耗一览表 在这三种低功耗模式中，最低功耗的是待机模式，在此模式下，最低只需要2.2uA左右的电流。停机模式是次低功耗的，其典型的电流消耗在350uA左右。最后就是睡眠模式了。用户可以根据自己的需求来决定使用哪种低功耗模式。 本章，我们仅对STM32F4的最低功耗模式-待机模式，来做介绍。待机模式可实现STM32F4的最低功耗。该模式是在CM4深睡眠模式时关闭电压调节器。整个1.2V供电区域被断电。PLL、HSI和HSE振荡器也被断电。SRAM和寄存器内容丢失。除备份域（RTC寄存器、RTC备份寄存器和备份SRAM）和待机电路中的寄存器外，SRAM 和寄存器内容都将丢失。 那么我们如何进入待机模式呢？其实很简单，只要按图22.1.1所示的步骤执行就可以了：
                         图22.1.1 STM32F4进入及退出待机模式的条件 图22.1.1还列出了退出待机模式的操作，从图22.1.1可知，我们有多种方式可以退出待机模式，包括：WKUP引脚的上升沿、RTC闹钟、RTC唤醒事件、RTC入侵事件、RTC时间戳事件、外部复位(NRST引脚)、IWDG复位等，微控制器从待机模式退出。 从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行(采样启动模式引脚，读取复位向量等)。电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。 在进入待机模式后，除了复位引脚、RTC_AF1引脚（PC13）（如果针对入侵、时间戳、RTC 闹钟输出或 RTC 时钟校准输出进行了配置）和WK_UP（PA0）（如果使能了）等引脚外，其他所有IO引脚都将处于高阻态。 图22.1.1已经清楚的说明了进入待机模式的通用步骤，其中涉及到2个寄存器，即电源控制寄存器（PWR_CR）和电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）。下面我们介绍一下这两个寄存器： 电源控制寄存器（PWR_CR），该寄存器的各位描述如图22.1.2所示：                               图22.1.2 PWR_CR寄存器各位描述 该寄存器我们只关心bit1和bit2这两个位，这里我们通过设置PWR_CR的PDDS位，使CPU进入深度睡眠时进入待机模式，同时我们通过CWUF位，清除之前的唤醒位。 电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）的各位描述如图22.1.3所示： 图22.1.3 PWR_ CSR寄存器各位描述 这里，我们通过设置PWR_CSR的EWUP位，来使能WKUP引脚用于待机模式唤醒。我们还可以从WUF来检查是否发生了唤醒事件，不过本章我们并没有用到。关于PWR_CR和PWR_CSR这两个寄存器的详细描述，请看《STM32F4xx中文参考手册》第5.4.1节和5.4.3节。 对于使能了RTC闹钟中断或RTC周期性唤醒等中断的时候，进入待机模式前，必须按如下操作处理： 1，  禁止RTC中断（ALRAIE、ALRBIE、WUTIE、TAMPIE和TSIE等）。 2，  清零对应中断标志位。 3，  清除PWR唤醒(WUF)标志（通过设置PWR_CR的CWUF位实现）。 4，  重新使能RTC对应中断。 5，  进入低功耗模式。 在有用到RTC相关中断的时候，必须按以上步骤执行之后，才可以进入待机模式，这个大家一定要注意，否则可能无法唤醒。详情请参考《STM32F4xx中文参考手册》第5.3.6节。 通过以上介绍，我们了解了进入待机模式的方法，以及设置KEY_UP引脚用于把STM32F4从待机模式唤醒的方法。具体步骤如下： 1）使能电源时钟。 因为要配置电源控制寄存器，所以必须先使能电源时钟。 在库函数中，使能电源时钟的方法是： RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);  //使能PWR外设时钟 这个函数非常容易理解。 2) 设置WK_UP引脚作为唤醒源。 使能时钟之后后再设置PWR_CSR的EWUP位，使能WK_UP用于将CPU从待机模式唤醒。在库函数中，设置使能WK_UP用于唤醒CPU待机模式的函数是： PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);  //使能唤醒管脚功能 3）设置SLEEPDEEP位，设置PDDS位，执行WFI指令，进入待机模式。 进入待机模式，首先要设置SLEEPDEEP位（详见《STM32F3与F4系列Cortex M4内核编程手册》，第214页4.4.6节），接着我们通过PWR_CR设置PDDS位，使得CPU进入深度睡眠时进入待机模式，最后执行WFI指令开始进入待机模式，并等待WK_UP中断的到来。在库函数中，进行上面三个功能进入待机模式是在函数PWR_EnterSTANDBYMode中实现的： void PWR_EnterSTANDBYMode(void)； 4）最后编写WK_UP中断函数。 因为我们通过WK_UP中断（PA0中断）来唤醒CPU，所以我们有必要设置一下该中断函数，同时我们也通过该函数里面进入待机模式。 通过以上几个步骤的设置，我们就可以使用STM32F4的待机模式了，并且可以通过KEY_UP来唤醒CPU，我们最终要实现这样一个功能：通过长按（3秒）KEY_UP按键开机，并且通过DS0的闪烁指示程序已经开始运行，再次长按该键，则进入待机模式，DS0关闭，程序停止运行。类似于手机的开关机。

22.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有： 1）  指示灯DS0 2）  KEY_UP按键 3）  TFTLCD模块 本章，我们使用了KEY_UP按键用于唤醒和进入待机模式。然后通过DS0和TFTLCD模块来指示程序是否在运行。这几个硬件的连接前面均有介绍。

22.3 软件设计

打开待机唤醒实验工程，我们可以发现工程中多了一个wkup.c和wkup.h文件，相关的用户代码写在这两个文件中。同时，对于待机唤醒功能，我们需要引入stm32f4xx_pwr.c和stm32f4xx_pwr.h文件。 打开wkup.c，可以看到如下关键代码： //系统进入待机模式 void Sys_Enter_Standby(void) {         RCC_AHB1PeriphResetCmd(0X01FF,ENABLE);      //复位所有IO口        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);//使能PWR时钟            PWR_ClearFlag(PWR_FLAG_WU);//清除Wake-up 标志     PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);//设置WKUP用于唤醒        PWR_EnterSTANDBYMode();//进入待机模式 } //检测WKUP脚的信号 //返回值1:连续按下3s以上   0:错误的触发   u8 Check_WKUP(void) {        u8 t=0,u8 tx=0;//记录松开的次数        LED0=0; //亮灯DS0        while(1)        {               if(WKUP_KD)//已经按下了               {                      t++;  tx=0;               }else               {                      tx++; //超过300ms内没有WKUP信号                      if(tx>3)                      {                             LED0=1;  return 0;//错误的按键,按下次数不够                      }               }               delay_ms(30);               if(t>=100)//按下超过3秒钟               {                      LED0=0;   //点亮DS0 return 1; //按下3s以上了               }        } }  //中断,检测到PA0脚的一个上升沿.     //中断线0线上的中断检测 void EXTI0_IRQHandler(void) {                                                                                      EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除LINE10上的中断标志位        if(Check_WKUP())//关机?        {                       Sys_Enter_Standby(); //进入待机模式        } }   //PA0 WKUP唤醒初始化 void WKUP_Init(void) {       GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure; EXTI_InitTypeDef   EXTI_InitStructure;        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);//使能SYSCFG时钟          GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //PA0   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输入模式   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;//下拉   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化             //(检查是否是正常开)机                     if(Check_WKUP()==0)        {               Sys_Enter_Standby();    //不是开机,进入待机模式         } SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource0);//PA0连接到线0          EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;//LINE0   EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;//中断事件   EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; //上升沿触发   EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;//使能LINE0   EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//配置        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;//外部中断0   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;//抢占优先级2   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;//响应优先级2   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能外部中断通道   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//配置NVIC } 该部分代码比较简单，我们在这里说明两点： 1，在void Sys_Enter_Standby(void)函数里面，我们要在进入待机模式前把所有开启的外设全部关闭，我们这里仅仅复位了所有的IO口，使得IO口全部为浮空输入。其他外设（比如ADC等），大家根据自己所开启的情况进行一一关闭就可，这样才能达到最低功耗！然后我们调用函数RCC_APB1PeriphClockCmd来使能PWR时钟，调用函数PWR_WakeUpPinCmd用来设置WK_UP引脚作为唤醒源。最后调用PWR_EnterSTANDBYMode函数进入待机模式。 2，在void WKUP_Init(void)函数里面，我们首先要使能GPIOA时钟，同时因为我们要使用到外部中断，所以必须先使能SYSCFG时钟。然后对GPIOA初始化位下拉输入。同时调用函数SYSCFG_EXTILineConfig配置GPIOA.0连接到中断线0。最后初始化EXTI中断线以及NVIC中断优先级。这上面的步骤实际上跟我们之前的外部中断实验知识是一样的，所以不理解的地方大家可以翻到外部中断实验章节看看。在上面初始化的过程中，我们还先先判断WK_UP是否按下了3秒钟，来决定要不要开机，如果没有按下3秒钟，程序直接就进入了待机模式。所以在下载完代码的时候，是看不到任何反应的。我们必须先按WK_UP按键3秒开机，才能看到DS0闪烁。 3，在中断服务函数EXTI0_IRQHandler内，我们通过调用函数Check_WKUP来判断WK_UP按下的时间长短，来决定是否进入待机模式，如果按下时间超过3秒，则进入待机，否则退出中断。 wkup.h部分代码比较简单，我们就不多说了。最后我们看看main函数内容如下： int main(void) {        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2        delay_init(168);    //初始化延时函数        uart_init(115200);  //初始化串口波特率为115200        LED_Init();                         //初始化LED         WKUP_Init();                      //待机唤醒初始化       LCD_Init();         //液晶初始化        POINT_COLOR=RED;        LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");              LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"WKUP TEST");         LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");        LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/6");              LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"WK_UP:Stanby/WK_UP");            while(1)        {               LED0=!LED0;  delay_ms(250);//延时250ms        } } 这里我们先初始化LED和WK_UP按键（通过WKUP_Init（）函数初始化），如果检测到有长按WK_UP按键3秒以上，则开机，并执行LCD初始化，在LCD上面显示一些内容，如果没有长按，则在WKUP_Init里面，调用Sys_Enter_Standby函数，直接进入待机模式了。 开机后，在死循环里面等待WK_UP中断的到来，在得到中断后，在中断函数里面判断WK_UP按下的时间长短，来决定是否进入待机模式，如果按下时间超过3秒，则进入待机，否则退出中断，继续执行main函数的死循环等待，同时不停的取反LED0，让红灯闪烁。 代码部分就介绍到这里，大家记住下载代码后，一定要长按WK_UP按键，来开机，否则将直接进入待机模式，无任何现象。

22.4 下载与测试

在代码编译成功之后，下载代码到探索者STM32F4开发板上，此时，看到开发板DS0亮了一下（Check_WKUP函数执行了LED0=0的操作），就没有反应了。其实这是正常的，在程序下载完之后，开发板检测不到WK_UP的持续按下（3秒以上），所以直接进入待机模式，看起来和没有下载代码一样。此时，我们长按WK_UP按键3秒钟左右，可以看到DS0开始闪烁，液晶也会显示一些内容。然后再长按WK_UP，DS0会灭掉，液晶灭掉，程序再次进入待机模式。
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