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电源管理

:link_to_translation:en:[English]

概述

ESP-IDF 中集成的电源管理算法可以根据应用程序组件的需求，调整外围总线 (APB) 频率和 CPU 频率，并使芯片进入 Light-sleep 模式，尽可能减少运行应用程序的功耗。

应用程序组件可以通过创建和获取电源管理锁来控制功耗。

例如：

  • 对于从 APB 获得时钟频率的外设，其驱动可以要求在使用该外设时，将 APB 频率设置为 80 MHz。
  • RTOS 可以要求 CPU 在有任务准备开始运行时以最高配置频率工作。
  • 一些外设可能需要中断才能启用，因此其驱动也会要求禁用 Light-sleep 模式。

请求较高的 APB 频率或 CPU 频率以及禁用 Light-sleep 模式会增加功耗，因此请将组件使用的电源管理锁降到最少。

电源管理配置

编译时可使用 CONFIG_PM_ENABLE 选项启用电源管理功能。

启用电源管理功能将会增加中断延迟。额外延迟与多个因素有关，例如：CPU 频率、单/双核模式、是否需要进行频率切换等。CPU 频率为 240 MHz 且未启用频率调节时，最小额外延迟为 0.2 us；如果启用频率调节，且在中断入口将频率由 40 MHz 调节至 80 MHz，则最大额外延迟为 40 us。

通过调用 :cppesp_pm_configure 函数可以在应用程序中启用动态调频 (DFS) 功能和自动 Light-sleep 模式。此函数的参数 :cppesp_pm_config_{IDF_TARGET_PATH_NAME}_t 定义了频率调节的相关设置。在此参数结构中，需要初始化以下三个字段：

  • max_freq_mhz：最大 CPU 频率 (MHz)，即获取 ESP_PM_CPU_FREQ_MAX 锁后所使用的频率。该字段通常设置为 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ。
  • min_freq_mhz：最小 CPU 频率 (MHz)，即仅获取 ESP_PM_APB_FREQ_MAX 锁后所使用的频率。该字段可设置为晶振 (XTAL) 频率值，或者 XTAL 频率值除以整数。注意，10 MHz 是生成 1 MHz 的 REF_TICK 默认时钟所需的最小频率。

  • light_sleep_enable：没有获取任何管理锁时，决定系统是否需要自动进入 Light-sleep 状态 (true/false)。

    如果在 menuconfig 中启用了 CONFIG_PM_DFS_INIT_AUTO 选项，最大 CPU 频率将由 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ 设置决定，最小 CPU 频率将锁定为 XTAL 频率。

Note

自动 Light-sleep 模式基于 FreeRTOS Tickless Idle 功能，因此如果在 menuconfig 中没有启用 CONFIG_FREERTOS_USE_TICKLESS_IDLE 选项，在请求自动 Light-sleep 时，:cppesp_pm_configure 将会返回 ESP_ERR_NOT_SUPPORTED 错误。

Note

Light-sleep 状态下，外设设有时钟门控，不会产生来自 GPIO 和内部外设的中断。sleep_modes 文档中所提到的唤醒源可用于从 Light-sleep 状态触发唤醒。

SOC_PM_SUPPORT_EXT_WAKEUP

例如，EXT0 和 EXT1 唤醒源可以通过 GPIO 唤醒芯片。

电源管理锁

应用程序可以通过获取或释放管理锁来控制电源管理算法。应用程序获取电源管理锁后，电源管理算法的操作将受到下面的限制。释放电源管理锁后，限制解除。

电源管理锁设有获取/释放计数器，如果已多次获取电源管理锁，则需要将电源管理锁释放相同次数以解除限制。

{IDF_TARGET_NAME} 支持下表中三种电源管理锁。

电源管理锁 描述
ESP_PM_CPU_FREQ_MAX 请求使用 :cppesp_pm_configure 将 CPU 频率设置为最大值。{IDF_TARGET_NAME} 可以将该值设置为 80 MHz、160 MHz 或 240 MHz。
ESP_PM_APB_FREQ_MAX 请求将 APB 频率设置为最大值，{IDF_TARGET_NAME} 支持的最大频率为 80 MHz。
ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP 禁止自动切换至 Light-sleep 模式。

{IDF_TARGET_NAME} 电源管理算法

下表列出了启用动态调频时如何切换 CPU 频率和 APB 频率。您可以使用 :cppesp_pm_configure 或者 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ 指定 CPU 最大频率。

esp32

not esp32

如果没有获取任何管理锁，调用 :cppesp_pm_configure 将启动 Light-sleep 模式。 Light-sleep 模式持续时间由以下因素决定：

  • 处于阻塞状态的 FreeRTOS 任务数（有限超时）
  • 高分辨率定时器 <esp_timer> API 注册的计数器数量

您也可以设置 Light-sleep 模式在最近事件（任务解除阻塞，或计时器超时）之前持续多久才唤醒芯片。

为了跳过不必要的唤醒，可以将 skip_unhandled_events 选项设置为 true 来初始化 esp_timer。带有此标志的定时器不会唤醒系统，有助于减少功耗。

动态调频和外设驱动

启用动态调频后，APB 频率可在一个 RTOS 滴答周期内多次更改。有些外设不受 APB 频率变更的影响，但有些外设可能会出现问题。例如，Timer Group 外设定时器会继续计数，但定时器计数的速度将随 APB 频率的变更而变更。

以下外设不受 APB 频率变更的影响：

  • UART：如果 REF_TICK 或者 XTAL 用作时钟源，则 UART 不受 APB 频率变更影响。请查看 :cppuart_config_t::source_clk。
  • LEDC：如果 REF_TICK 用作时钟源，则 LEDC 不受 APB 频率变更影响。请查看 :cppledc_timer_config 函数。
  • RMT：如果 REF_TICK 或者 XTAL 被用作时钟源，则 RMT 不受 APB 频率变更影响。请查看 :cpprmt_config_t::flags 以及 RMT_CHANNEL_FLAGS_AWARE_DFS 宏。
  • GPTimer：如果 XTAL 用作时钟源，则 GPTimer 不受 APB 频率变更影响。请查看 :cppgptimer_config_t::clk_src。
  • TSENS：XTAL 或 RTC_8M 用作时钟源，因此不受 APB 频率变化影响。

目前以下外设驱动程序可感知动态调频，并在调频期间使用 ESP_PM_APB_FREQ_MAX 锁：

  • SPI master
  • I2C
  • I2S（如果 APLL 锁在使用中，I2S 则会启用 ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP 锁）
  • SDMMC

启用以下驱动程序时，将占用 ESP_PM_APB_FREQ_MAX 锁：

  • SPI slave：从调用 :cppspi_slave_initialize 至 :cppspi_slave_free 期间。
  • Ethernet：从调用 :cppesp_eth_driver_install 至 :cppesp_eth_driver_uninstall 期间。
  • WiFi：从调用 :cppesp_wifi_start 至 :cppesp_wifi_stop 期间。如果启用了调制解调器睡眠模式，广播关闭时将释放此管理锁。

- TWAI：从调用 :cpptwai_driver_install 至 :cpptwai_driver_uninstall 期间。 :SOC_BT_SUPPORTED and esp32: - Bluetooth：从调用 :cppesp_bt_controller_enable 至 :cppesp_bt_controller_disable 期间。如果启用了蓝牙调制解调器，广播关闭时将释放此管理锁。但依然占用 ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP 锁，除非将 CONFIG_BTDM_CTRL_LOW_POWER_CLOCK 选项设置为 “外部 32 kHz 晶振”。 :SOC_BT_SUPPORTED and not esp32: - Bluetooth：从调用 :cppesp_bt_controller_enable 至 :cppesp_bt_controller_disable 期间。如果启用了蓝牙调制解调器，广播关闭时将释放此管理锁。但依然占用 ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP 锁。

以下外设驱动程序无法感知动态调频，应用程序需自己获取/释放管理锁：

  • PCNT
  • Sigma-delta

- 旧版定时器驱动（Timer Group) :SOC_MCPWM_SUPPORTED: - MCPWM

API 参考

inc/esp_pm.inc

inc/pm.inc