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，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，CPU將處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。使能電源管理框架后，當(dāng)系統(tǒng)進入idle task后，將設(shè)置CPU進入低功耗狀態(tài)，從而節(jié)省CPU的功耗。

AliOS Things電源管理框架具有如下特點：

（1）應(yīng)用配置電源管理框架并添加初始化代碼后，整個框架的運行對應(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)電程度和喚醒時間分為多級睡眠，電源管理框架提供了對該特性的支持，在進入低功耗狀態(tài)時將根據(jù)睡眠時間和節(jié)電程度選擇最佳睡眠等級。

（3）支持tickless機制

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

（4）支持精簡的低功耗模式

當(dāng)MCU進入低功耗后，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)點是實現(xiàn)簡單，但當(dāng)系統(tǒng)長時間空閑時，由于系統(tǒng)時鐘頻繁喚醒系統(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行效果如下：

在普通運行模式下nrf52832 MCU的平均運行電流在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)待機時間。

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，需進行如下配置：

（1）應(yīng)用目錄的.mk文件中添加對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平臺上對電源管理框架進行了適配，可用如下命令編譯示例應(yīng)用并下載到develoerkit上運行：

aos make pwr_test@developerkit

aos upload pwr_test@developerkit

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

其中g(shù)_idle_count［0］是一個全局變量，idle任務(wù)在執(zhí)行時會累加該值。

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，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，當(dāng)demo1和demo2處于睡眠狀態(tài)時，idle任務(wù)執(zhí)行g(shù)_idle_count［0］增1后，調(diào)用cpu_pwr_down（）進入低功耗狀態(tài)。因此系統(tǒng)每次進入空閑狀態(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行依賴于硬件能力，因此在適配時首先要分析目標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。

4.1 硬件要求

要想支持電源管理框架，目標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，存在可用的定時器，且該定時器能喚醒系統(tǒng)。在tickless機制下，該定時器用于計算低功耗時間，以補償系統(tǒng)時鐘。

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平臺上的適配示例（pwrmgmt_hal目錄）。

作者：云棲社區(qū) jianniu