前后臺(tái)系統(tǒng)的低功耗編程思想——STM8平臺(tái)

　　1.前言

　　工作之后接觸了“低功耗”，開始搜索各種各樣的低功耗MCU。網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常自由的地方，你總可以看到各種關(guān)于哪個(gè)MCU功耗更低的論戰(zhàn)，在這些論戰(zhàn)中我查閱了幾乎所有低功耗MCU的特性，例如MSP430、EFM32還有STM32L等，網(wǎng)絡(luò)論戰(zhàn)的核心便是哪款MCU的休眠電流更低。看多了資料我便發(fā)現(xiàn)，這些低功耗的MCU如何使用，低功耗MCU的程序編寫和普通MCU編程有什么區(qū)別。

　　帶著這些疑問(wèn)我繼續(xù)品味關(guān)于低功耗MCU的”論戰(zhàn)“，直到我購(gòu)買了《MSP430系列單片機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐》。在該書中提到了低功耗MCU編程的基本思想，大致可以總結(jié)為：

　　1.善用節(jié)拍

　　2.消除阻塞

　　下面就結(jié)合STM8談?wù)勅绾螌?shí)踐以上兩點(diǎn)。(雖然STM8并不是嚴(yán)格意義上的低功耗MCU，但是只要有低功耗指令的MCU都可以使用以上兩點(diǎn)，發(fā)揮它的低功耗特性)

　　2.善用節(jié)拍

　　定時(shí)休眠是低功耗MCU常用的手段，定時(shí)休眠便是讓MCU先休眠再工作，在休眠和工作之間不停轉(zhuǎn)換。STM8有多種低功耗方式，例如等待模式便是其中的一種，等待模式時(shí)僅MCU停止工作，其他外設(shè)可正常工作。使用等待模式可以保證定時(shí)器或UART等可以正常的進(jìn)入中斷。當(dāng)然也可以使用停止模式進(jìn)一步降低功耗，在這里則使用等待模式做一個(gè)“方法性質(zhì)”的說(shuō)明。

　　圖1 前后臺(tái)系統(tǒng)中的低功耗節(jié)拍

　　可以這樣理解，定時(shí)進(jìn)入低功耗模式也可以理解為一個(gè)任務(wù)，這個(gè)“任務(wù)”會(huì)阻塞CPU使得其他任務(wù)無(wú)法得到運(yùn)行，但這并不是真正意義的阻塞CPU，而是使得CPU停止只能通過(guò)定時(shí)器中斷才可以退出該”任務(wù)“。實(shí)現(xiàn)部分的代碼如下：

　　void main(void)

　　{

　　/* Clock configuration -----------------------------------------*/

　　CLK_Config();

　　/* GPIO configuration -----------------------------------------*/

　　GPIO_Config();

　　/* TIM4 configuration -----------------------------------------*/

　　TIM4_Config();

　　while (1)

　　{

　　// 進(jìn)入等待模式，CPU停止工作，所有中斷打開

　　Enter_WaitMode();

　　// LED閃爍任務(wù)

　　LED_Process();

　　}

　　}

　　void Enter_WaitMode(void)

　　{

　　WaitFlag = 0;

　　// 1ms之后CPU被TIM4中斷喚醒，WaitFlag在中斷中被置位

　　while( WaitFlag == 0)

　　{

　　__wait_for_interrupt();

　　}

　　}

　　INTERRUPT_HANDLER(TIM4_UPD_OVF_IRQHandler, 23)

　　{

　　WaitFlag = 1;

　　/* Cleat Interrupt Pending bit */

　　TIM4_ClearITPendingBit(TIM4_IT_UPDATE);

　　}

　　以上代碼中出現(xiàn)了WaitFlag標(biāo)志位，該標(biāo)志位出現(xiàn)在Enter_WaitMode函數(shù)和TIM4_UPD_OVF_IRQHandler中斷中，該標(biāo)志位的作用是保證喚醒CPU繼續(xù)工作的一定是定時(shí)器4溢出中斷，其他中斷例如UART接收中斷則不能使CPU重新運(yùn)行。STM8的等待模式和定時(shí)器4溢出中斷組成了低功耗節(jié)拍”任務(wù)“。

　　3.消除阻塞

　　從上文的分析可以看出，在整個(gè)的運(yùn)行周期中總是希望低功耗任務(wù)所占的比重大(從時(shí)間角度切入)，其他任務(wù)所占的比重小。那么其他任務(wù)應(yīng)該盡量減少對(duì)CPU的占用，例如實(shí)現(xiàn)LED間隔閃爍便可使用以下代碼：

　　void LED_Process(void)

　　{

　　static uint16_t LEDCounter = 0;

　　if( LEDCounter++ > 500 )

　　{

　　LEDCounter = 0;

　　/* Toggles LEDs */

　　GPIO_WriteReverse(LED_GPIO_PORT, (GPIO_Pin_TypeDef)LED_GPIO_PINS);

　　}

　　}

　　由于LED_Process在低功耗任務(wù)之后運(yùn)行，而低功耗任務(wù)所占用CPU的時(shí)間為固定時(shí)間——定時(shí)器4溢出周期，也就意味著LED任務(wù)的調(diào)用周期為1ms，利用該特性可以結(jié)合一個(gè)計(jì)數(shù)變量LEDCounter實(shí)現(xiàn)LED閃爍功能，當(dāng)然更復(fù)雜的時(shí)序可以通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　4.總結(jié)

　　節(jié)拍運(yùn)行和消除阻塞算是低功耗MCU編程的基本思想，理解了低功耗MCU編程的基本思路那么不是低功耗的MCU也可以用來(lái)開發(fā)出低功耗應(yīng)用。前段時(shí)間上TB查看MCU的價(jià)格，STM8的價(jià)格真的把我嚇了一跳，自己也購(gòu)置了STM8開發(fā)板，結(jié)合低功耗方法于是總結(jié)了該文章。