STM32 低功耗模式不同唤醒源的配合使用   by  矜辰所致

前言

关于 STM32 如何实现低功耗模式，我之前写过一篇文章：

STM32 使用 STM32CubeMX HAL库实现低功耗模式

各种休眠模式如何实现文中已经讲得很清楚了，但是作为教学文章，文中每次的休眠都是单一的唤醒源，但是在实际应用中，有时候需要根据不同的场合，需要不同的唤醒源配合使用，所以 本文主要内容就是说明一下多种唤醒源如何配合使用。

我是矜辰所致，全网同名，尽量用心写好每一系列文章，不浮夸，不将就，认真对待学知识的我们，矜辰所致，金石为开！

一、 需求说明

本文使用一个示例来说明，需求如下：

我们要实现的功能是要做一个低功耗设备，检测外部信号，我们把外部信号连接至 STM32 的 PA0 。

如果检测到外部信号，执行某些工作（大概为200ms），但是呢，由于外部信号不是一次性的，而是持续一段时间的电平波动，所以在检测到一次外部信号以后，我们需要屏蔽PA0 一段时间，再重新开启 PA0 唤醒，为了保持低功耗，所以还是需要进入睡眠，除了PA0 唤醒后执行操作的 200ms 时间，其他时候都是在低功耗模式。

我们根据上面的需求，整理一下思路，同时介绍一下我们的实现平台
.
硬件平台： STM32L010F4
.
工作模式： Standby 模式
.
具体需求：
1、设备初次上电，直接进入 Standby 模式，设置只能通过 PA0 唤醒。
2、PA0 唤醒后，延时200ms 用来替换唤醒后需要处理的工作，延时完成后进入 Standby 模式，屏蔽 PA0 唤醒源，开启 RTC 唤醒，RTC 唤醒时间设定为 5s 。
3、5s 后 RTC 唤醒后，直接进入 Standby 模式，屏蔽 RTC 唤醒，开启 PA0 唤醒，设备只能通过 PA0 唤醒。
4、检测到 PA0 唤醒，重复步骤 2：PA0 唤醒后，延时200ms 用来替换唤醒后需要处理的工作，延时完成后进入 Standby 模式，屏蔽 PA0 唤醒源，开启 RTC 唤醒，RTC 唤醒时间设定为 5s 。
依次循环。

二、 设计实现

需求我们已经知道，接下来我们就来看看如何实现，首先第一点就是 如何判断芯片是从 RTC 唤醒还是通过 PA0 唤醒呢，在上一篇讲低功耗的文章中，我们通过 PWR_FLAG_SB 标志位来判断设备是不是从 Standby 模式唤醒，具体实现代码如下：

  if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == SET){
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    if(HAL_RTC_GetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN) == HAL_OK){
      printf("RTC current time: %02d:%02d:%02d\r\n",sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds);
    }
    printf("standby reset\r\n");
  }
  else{
    printf("normal reset!!!\r\n");
  }

2.1 确定唤醒源

那我们现在要判断 RTC 还是 PA0 ，我们可以检查 RTC_ISR 寄存器中的 WUTF 标志位（ WUTF 名为 Wake Up Timer Flag）。

如果芯片是从 RTC 唤醒，WUTF 标志位会被置位。

我们可以使用下面语句判断：

if (RTC->ISR & RTC_ISR_WUTF) {
    // RTC 唤醒触发
}

当然我们也可以使用 HAL 库：

if (__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_GET_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF)){
      printf("RTC reset\r\n");
   }

那即便我们知道了 可以通过 WUTF 标志位判断是否芯片是从RTC 唤醒，那我们如何加入上面的判断呢？ 我们回头看一下我们以前是通过 PWR_FLAG_SB 标志位来判断设备是不是从 Standby 模式唤醒，那么肯定是在判断完 PWR_FLAG_SB 标志位以后再进行 RTC 和 PA0 唤醒的判断。

这里我就直接给出一个示例，后面再接着说明注意事项：

  if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == SET){

    // 判断具体唤醒源
    if (__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_GET_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF)){
      __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF);
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      printf("RTC reset\r\n");
      my_source = WAKEUP_SRC_RTC; 
    }
    else{
      // PA0唤醒：执行首次操作
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      printf("PA0 reset\r\n");
      my_source = WAKEUP_SRC_PA0;  
    } 
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
  }
  else{
    printf("normal reset\r\n");
    my_source = WAKEUP_SRC_PA0;  // 下一次由PA0唤醒
  }

上面我们先通过 PWR_FLAG_SB 标志位判断设备是否从 Standby 模式唤醒，然后再通过判断 RTC_FLAG_WUTF 判断是否由RTC 唤醒，这里就有一点一定要注意一下！！！一定是先判断 RTC_FLAG_WUTF ，看是不是 RTC 唤醒，再确定是不是 PA0 唤醒，因为 PA0 唤醒没有标志位。

我们在上一篇低功耗文章中有说到过：

所以不管是 RTC 还是 PA0 唤醒 ，PWR_FLAG_WU 标志位都会置位，所以都需要清除一下。那因为我们知道是在 standby 模式下，只有通过唤醒引脚（PA0）上升沿、RTC闹钟中断，或者复位唤醒；所以，在我们确定是被唤醒源唤醒，而且不是 RTC 唤醒的情况下，一定是通过 PA0 唤醒。

2.2 选择不同唤醒源

完成唤醒源的判断，我们就可以按照我们的需求来进行接下来的设计，这里我也直接给出测试代码：

while (1)
  {
    /*
    模拟工作状态,时间放长一点方便低功耗下的烧录
    */
    printf("working ...\r\n");
    HAL_Delay(2000);
    if (my_source == WAKEUP_SRC_PA0) {  
      HAL_RTC_MspInit(&hrtc);
      HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc, 4, RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS);
      HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
      printf("open RTC ,stop PA0!!!\r\n");
      
    } else {
      // 关闭 RTC 唤醒
      HAL_RTC_MspDeInit(&hrtc);
      HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
      printf("open PA0 ,stop RTC!!!\r\n");
    }
    
    // 关闭所有外设（根据需求调整）
    set_use_io_analog();

    // 进入Standby模式
    HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

这里 RTC 的屏蔽开启使用了 HAL_RTC_MspInit ，逻辑上看着是没有什么问题，但是实际测试起来还是有点问题：

1. RTC 唤醒的时间，本意是 5s 后唤醒，但是实际上不到 5s 就被唤醒了。
2. 会意外的唤醒，应该是标志位的问题

我们虽然曾经说过 ，在实际使用中，进入 stop 或者 standby 模式之前，都得记得清除一下 PWR_FLAG_WU 标志位！！！ 但是在确定唤醒源的时候，我们已经做了__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); 操作，想着开头都清除了，在 while 循环中就没有加上这句话。

所以在实际使用中，还是得加上这么一句，所以上面的程序部分改成如下：

 if (my_source == WAKEUP_SRC_PA0) {  
      HAL_RTC_MspInit(&hrtc);
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc, 4, RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS);
      HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
      
      printf("open RTC ,stop PA0!!!\r\n");
      
    } else {
      HAL_RTC_MspDeInit(&hrtc);
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
      
      printf("open PA0 ,stop RTC!!!\r\n");
    }

所以还是得再次强调一遍，进入 stop 或者 standby 模式之前，务必清除一下 PWR_FLAG_WU 标志位！！！

2.3 RTC 相关问题

我们还要解决一个问题，就是上面 RTC 唤醒时间会早一点。

在此之前，我们还需要讲一个问题，在上面示例代码中，我是通过HAL_RTC_MspInit(&hrtc); 和HAL_RTC_MspDeInit(&hrtc); 来开启和屏蔽 RTC 唤醒，虽然这种做法可行，但是其实不是很建议，因因为这种做法是停掉 RTC 所有的资源，包括时钟、NVIC ，每次重新初始化都得重新打开 NVIC， 而且频繁的 Init / DeInit 可能会导致功耗增高。

官方有更加推荐的方式，使用HAL_RTCEx_DeactivateWakeUpTimer函数，这个函数功能明确：关闭 RTC 唤醒定时器功能（WakeUp Timer）。

所以我们如果屏蔽 RTC 唤醒，直接使用上面函数：

} else {
      // 关闭 RTC 唤醒
      HAL_RTCEx_DeactivateWakeUpTimer(&hrtc); 
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
      
      printf("open PA0 ,stop RTC!!!\r\n");
    }

那接下来尝试解决一下为什么时间会提早的问题，我首先想到 STM32 的 Wakeup Timer 是一种 递减计数器，如果开启了的话他会一直计数，当我们调用 HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT() 时，它会立即开始计数，如果我们没有先关闭定时器，有没有可能旧的定时器的值没有被清除，RTC 正在计数又写入新的值产生异常？ 这些是我们的推测，我们来把代码修改一下：

    if (my_source == WAKEUP_SRC_PA0) {
      HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);      // 禁用PA0唤醒  
      HAL_RTCEx_DeactivateWakeUpTimer(&hrtc);         // 关闭 RTC
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);              // 清除上次唤醒标志
      HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc, 4, RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS); // 设置4+1=5s
      //HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc, 2048 * 5, RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV16);
      printf("open RTC ,stop PA0!!!\r\n");
      
    } else {
      // 关闭 RTC 唤醒
      ...
    }

但是发现，即便这样还是不行，结果为大概 4s 左右：

在上一篇文章我们知道，RTC 的唤醒时间为 HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT 的第二个参数的值+1，这点也可以在STM32 官方文档在 RM0376: Reference Manual for STM32L0x1 的 RTC 章节里查到：

那这里肯定是有哪里没有注意到，但是呢，对于我们这个需求而言，如果实际效果和设置的第二个参数基本一致，那么也不是不能就这么用，于是乎，我测试了不同参数值：

发现虽然与预期的设定不符合，但是是稳定的，这个地方确实不知道是哪里疏忽了，这里暂时就这么用着吧（程序设计，能用就行…… = =！如果大家知道是哪里的问题，还望留言告知，在这里提前感谢了！）

三、 最终示例

那么经过上文的测试，我们基本上可以实现我们需求的主要功能了，再完善一下一些细节问题就好了，那么针对我们文章开头的需求，最终的程序主题部分如下：

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_LPUART1_UART_Init();
  MX_RTC_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == SET){
    // 判断具体唤醒源
    if (__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_GET_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF)){
      __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_WUTF);
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      printf("RTC reset\r\n"); 
      my_source = WAKEUP_SRC_RTC; 
    }
    else{
      // PA0唤醒：执行首次操作
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      printf("PA0 reset\r\n");
      my_source = WAKEUP_SRC_PA0;  
    } 
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
  }
  else{
    printf("normal reset\r\n");
    my_source = WAKEUP_SRC_PA0;  // 下一次由PA0唤醒
  }
  /* USER CODE END 2 */

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    if (my_source == WAKEUP_SRC_PA0) {
      HAL_Delay(200);  //执行唤醒操作
      printf("working ...\r\n");
      HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);      // 禁用PA0唤醒  
      HAL_RTCEx_DeactivateWakeUpTimer(&hrtc);         // 关闭 RTC
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);              // 清除上次唤醒标志
      HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc, 5, RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS); // 
      //HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc, 2048 * 5, RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV16);
      printf("open RTC ,stop PA0!!!\r\n");
      
    } else {
      // 关闭 RTC 唤醒
      HAL_RTCEx_DeactivateWakeUpTimer(&hrtc); 
      __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
      HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
      
      printf("open PA0 ,stop RTC!!!\r\n");
    } 
    // 关闭所有外设（根据需求调整）
    set_use_io_analog();
    // 进入Standby模式
    HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
  }

}

结语

本文我们通过 RTC唤醒 和 PA0唤醒 配合使用完成了一个简单的示例，整体看来呢其实是很简单的，但是也得搞清楚不同的标志位的用途，然后再进入休眠模式之前务必清除 PWR_FLAG_WU 标志位。

当然，文章依然有一个 RTC 唤醒时间的疑问，再次希望有知道原因的朋友留言告知！

好了，本文就到这里，谢谢大家！