ESP 低功耗入门

news2025/1/17 3:57:14

此篇博客以 ESP32 为例来说明 ESP 的睡眠模式。

ESP32 芯片可以大致分成以为五个模块：

处于工作状态的模块越多，芯片功耗越大，ESP32 一共有四种工作模式，按照运行时的平均功耗由高到底排序，依次为 active, modem sleep, light sleep 和 deep sleep。不同的工作模式下的各模块状态如图 1-1 所示：
在这里插入图片描述

图 1-1 不同工作模式下的模块运行状态

该模式下所有的模块都可以正常使用，此时芯片的底电流大约为 20 ~40 mA。

该模式也就是通常的 Wi-Fi 保活模式。在该模式下 RF 射频模块将被关闭，芯片的底电流会在 20 mA 左右。该模式只能应用于 STA 模式，是否开启由 esp_err_t esp_wifi_set_ps(wifi_ps_type_t type) 这一个 API 决定。

type= WIFI_PS_NONE, 关闭 modem sleep，此时 RF 会一直处于打开状态。
type= WIFI_PS_MIN_MODEM，芯片每隔一个 DTIM 会和路由器进行一次交互，交互结束就暂时关闭 RF，然后在下一个 DTIM 再醒来。(补充内容：DTIM 和 listen interval 的区别)
type= WIFI_PS_MAX_MODEM，每隔一个 listen interval 会和路由器进行一次交互，交互结束就暂时关闭 RF，然后在下一个 listen interval 醒来。

ESP32 的 STA 默认是 WIFI_PS_MIN_MODEM，因此 modem sleep 模式是默认打开的。

该模式下 RF 模块会被关闭，除 RTC 相关模块外大多数模块都会被下电或者进行动态频率调节，以此来达到功耗降低的结果。此时的芯片底电流可以参考 datasheet 上的功耗，如 ESP32-C3 为 130 μA，ESP32-S3 为 240 μA。

Deep sleep 模式下除 RTC 模块外全部被下电，底电流可以参考 datasheet，ESP32-C3 为 5 μA，ESP32-S3 为7 μA。

处于 light sleep 和 deep sleep状态的芯片可以被唤醒，light sleep 和 deep sleep 唤醒源分别如表 1-1 和表 1-2 所示。各唤醒源的具体使用可以查看我们的light sleep例程以及 IDF 编程指南。

表 1-1 light sleep 唤醒源

	ESP32	ESP32-S2	ESP32-S3	ESP32-C3
Timer	√	√	√	√
GPIO	√	√	√	√
EXT0	√	√	√
EXT1	√	√	√
UART		√	√	√
Touch	√	√	√

表 1-2 deep sleep 唤醒源

	ESP32	ESP32-S2	ESP32-S3	ESP32-C3
Timer	√	√	√	√
GPIO	√	√	√	√
EXT0	√	√	√
EXT1	√	√	√
UART
Touch	√	√	√
ULP-FSM	√	√	√
ULP-RISCV		√	√

EXT0 和 EXT1 只能用于 RTC GPIO，和 GPIO 唤醒相比需要保持的硬件电源域不同，实际使用体验差别不大。
ESP32 不支持 UART 唤醒中断，其余芯片在 IDF 版本 4.4 及以后都支持 UART 唤醒中断，但是真正可以应用 UART 中断要在最新的 master 上，如果想在 4.4 上应用 UART 中断需要自己修改驱动。
UART 中断需要一定数量字节用于唤醒，所以如果想要使用 UART 中断需要约定好唤醒规则。
Deep sleep 的唤醒源和 light sleep 类似，多了 ULP (协处理器) 唤醒。ESP32 只能使用 ULP-FSM，需要用汇编进行唤醒程序的编写，ESP32-S2 / ESP32-S3 还能使用 ULP-RISCV，运用 C 语言进行协处理器程序的编写。

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