技術(shù)分享 | 這么“省”是不是有點(diǎn)過(guò)頭了？

ESP32 是設(shè)計(jì)用來(lái)應(yīng)對(duì)移動(dòng)設(shè)備、可穿戴電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）芯片，作為一款超低功耗芯片，具有許多特定，比如精細(xì)的時(shí)鐘門(mén)控、節(jié)能模式和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整等。

在使用超低功耗的IoT傳感器Hub應(yīng)用時(shí)，ESP32只有在某些特定情況下才會(huì)被周期性喚醒，能夠極大地降低消耗。通過(guò)調(diào)整射頻放大器的輸出功率，還能實(shí)現(xiàn)通信距離、數(shù)據(jù)傳輸速度和功耗的最佳平衡。

ESP32先進(jìn)的電源管理技術(shù)，可以在不同的功耗模式之間切換，樂(lè)鑫目前的ESP系列芯片都支持三種低功耗模式：

Modem-sleep 模式：CPU 可運(yùn)行，時(shí)鐘頻率可配置。Wi-Fi 及 Bluetooth LE 的基帶和射頻關(guān)閉， 但 Wi-Fi 或 Bluetooth LE 可保持連接。

Light-sleep 模式：CPU 暫停運(yùn)行。任何喚醒事件（MAC、主機(jī)、RTC 定時(shí)器或外部中斷）都會(huì)喚 醒芯片。Wi-Fi 或 Bluetooth LE 可保持連接。

Deep-sleep 模式：CPU 和大部分外設(shè)都會(huì)掉電，只有 RTC 存儲(chǔ)器處于工作狀態(tài)。Wi-Fi 連接數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在 RTC 中。RTC 時(shí)鐘定時(shí)器或RTC GPIO 可以將芯片從 Deep-sleep 模式中喚醒。

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不同模式下的ESP32功能框圖

其中在 Modem-sleep 模式和 Light-sleep 模式下WiFi、藍(lán)牙可以保持連接（詳細(xì)功耗數(shù)據(jù)可以參考規(guī)格書(shū)）以ESP32為例，功耗可以參考下表

Light-sleep 模式下保持連接

硬件準(zhǔn)備

ESP32/ESP32C3/ESP32S3系列模組既支持外置 32.768 kHz 的時(shí)鐘振蕩器作為 RTC 睡眠時(shí)鐘，也支持外 部激勵(lì)信號(hào)（如有源晶振）作為 RTC 睡眠時(shí)鐘。外置 32.768 kHz 晶振的電路如下圖所示：

32.768 kHz 晶振選擇要求：

等效內(nèi)阻 (ESR) ? 70 K?。

兩端負(fù)載電容值根據(jù)晶振的規(guī)格要求進(jìn)行配置。

并聯(lián)電阻 R18 用于偏置晶振電路，電阻值要求 5 M? < R18 ? 10 M?。

ESP32-D0WD-V3 外接 32.768 kHz 晶振時(shí)，并聯(lián)的電阻必須上件；ESP32 系列其他芯片建議預(yù)留。

軟件配置

編譯時(shí)可使用CONFIG_PM_ENABLE選項(xiàng)啟用電源管理功能。

啟用電源管理功能將會(huì)增加中斷延遲。額外延遲與多個(gè)因素有關(guān)，例如：CPU頻率、單/雙核模式、是否需要進(jìn)行頻率切換等。CPU 頻率為 240 MHz 且未啟用頻率調(diào)節(jié)時(shí)，最小額外延遲為0.2 us；如果啟用頻率調(diào)節(jié)，且在中斷入口將頻率由40 MHz 調(diào)節(jié)至 80 MHz，則最大額外延遲為 40 us。

通過(guò)調(diào)用 esp_pm_configure()函數(shù)可以在應(yīng)用程序中啟用動(dòng)態(tài)調(diào)頻(DFS) 功能和自動(dòng)Light-sleep 模式。此函數(shù)的參數(shù) esp_pm_config_t 定義了頻率調(diào)節(jié)的相關(guān)設(shè)置。在此參數(shù)結(jié)構(gòu)中，需要初始化以下三個(gè)字段：

Max_freq_mhz：最大CPU 頻率 (MHz)，即獲取 ESP_PM_CPU_FREQ_MAX 鎖后所使用的頻率。該字段通常設(shè)置為 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ。

Min_freq_mhz：最小CPU 頻率 (MHz)，即僅獲取 ESP_PM_APB_FREQ_MAX 鎖后所使用的頻率。該字段可設(shè)置為晶振 (XTAL) 頻率值，或者 XTAL 頻率值除以整數(shù)。注意，10 MHz 是生成 1 MHz 的 REF_TICK 默認(rèn)時(shí)鐘所需的最小頻率。

Light_sleep_enable：沒(méi)有獲取任何管理鎖時(shí)，決定系統(tǒng)是否需要自動(dòng)進(jìn)入Light-sleep 狀態(tài) (true/false)。

如果在menuconfig中啟用了CONFIG_PM_DFS_INIT_AUTO選項(xiàng)，最大 CPU 頻率將由CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ設(shè)置決定，最小 CPU 頻率將鎖定為 XTAL 頻率。

需要注意的是：

自動(dòng) Light-sleep 模式基于FreeRTOS Tickless Idle功能，因此如果在menuconfig 4中沒(méi)有啟用CONFIG_FREERTOS_USE_TICKLESS_IDLE選項(xiàng)，在請(qǐng)求自動(dòng) Light-sleep 時(shí)，esp_pm_configure()將會(huì)返回 ESP_ERR_NOT_SUPPORTED錯(cuò)誤。Light-sleep 狀態(tài)下，外設(shè)設(shè)有時(shí)鐘門(mén)控，不會(huì)產(chǎn)生來(lái)自GPIO 和內(nèi)部外設(shè)的中斷。睡眠模式文檔中所提到的喚醒源可用于從 Light-sleep 狀態(tài)觸發(fā)喚醒。

Menuconfig配置

藍(lán)牙還需要配置 Modem-sleep 相關(guān)配置

具體可以參考ESP-IDF下的 power_save 例程

如果您對(duì) 樂(lè)鑫Light-sleep保持WiFi連接感興趣，或?qū)で笊虡I(yè)項(xiàng)目合作，請(qǐng)后臺(tái)私信聯(lián)系。