PM 組件背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起，產(chǎn)品對低功耗的需求越來越強(qiáng)烈。例如作為數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點，通常需要在電池供電時長期工作，還有一些產(chǎn)品需要在快速的響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能的同時也能擁有較低的功耗。

與此同時，越來越多的 IoT 產(chǎn)品使用到了 RTOS，可是與傳統(tǒng)裸機(jī)產(chǎn)品的低功耗處理相比，在 RTOS 平臺上需要增加針對調(diào)度器內(nèi)核做特殊處理，這就需要 RTOS 廠家提供低功耗相關(guān)的支持。

為了適應(yīng) IoT 的這種需求，RT-Thread 今天正式開源了電源管理(PM)框架。電源管理框架的理念是應(yīng)用盡量透明，使得低功耗功能的使用更加簡單。

RTOS 中的功耗

IoT 產(chǎn)品的功耗可以分成2部分，一部分是 MCU 內(nèi)部的功耗，一部分是板載其他外設(shè)的功耗。而在 MCU 內(nèi)的功耗又可以分成CPU 的功耗和片內(nèi)外設(shè)的功耗。為了實現(xiàn)低功耗的功能，我們需要對它們進(jìn)行合適的管理。

與傳統(tǒng)的裸機(jī)不一樣，在 RTOS 上對于功耗的處理主要是在系統(tǒng)進(jìn)入空閑(idle)任務(wù)之后。此時 RTOS 處于空閑狀態(tài)，可以進(jìn)入不同的低功耗模式(這時 CPU 已經(jīng)停止運行了)。與此同時，也可以根據(jù)實際產(chǎn)品的需求，選擇性關(guān)閉不同的片內(nèi)外設(shè)和板載外設(shè)。

在進(jìn)入低功耗模式之后，MCU 可以被部分中斷喚醒，例如它可以被低功耗定時器中斷、喚醒按鍵中斷等等。MCU 在被喚醒之后，系統(tǒng)需要保證依舊可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)直到下一次空閑。

RT-Thread PM 組件介紹

為了在 RT-Thread 更好的實現(xiàn)低功耗功能，RT-Thread 開發(fā)了一套通用的電源管理(PM)組件，也就是大家常說到低功耗組件。該組件配合 RT-Thread 的設(shè)備管理框架，不僅對上層提供了豐富的接口，也使得底層驅(qū)動對于該組件的適配變得更加簡單。

PM 組件的主要特點如下：

低資源占用

RT-Thread PM 組件資源占用極低，最少使用情況：ROM 占用 0.8K，RAM 占用 0.1K ，非常適合對資源受限的嵌入式平臺。

應(yīng)用透明性

用戶開啟了低功耗組件后，應(yīng)用代碼基本不需要調(diào)整，PM 組件將在底層自動完成電源管理。這個特色功能主要用了下面兩個技術(shù)：

tickless ：當(dāng)系統(tǒng)空閑時，系統(tǒng)會盡可能的延長下次 tick 的觸發(fā)時間，保證 MCU 盡可能長的時間處于最低功耗模式;

時間補償：當(dāng) MCU 喚醒時，系統(tǒng)的 tick 也會自動進(jìn)行補償處理，保證應(yīng)用層獲取到的 tick 依舊正常。

智能省電模式

MCU 通?？梢赃\行在不同的頻率，也可以進(jìn)入不同的休眠模式。在 PM 組件的底層實現(xiàn)里，是將這些模式做了抽象處理，形成統(tǒng)一的模式命名。例如：高性能運行模式、低功耗運行模式、停止模式(僅僅 CPU 停止)、定時器模式(CPU 停止，進(jìn)入深度休眠)等等。

問題：面對這么多模式，如果恰巧在產(chǎn)品上低功耗相關(guān)的外設(shè)也很多，怎么辦?

傳統(tǒng)方式 ：就需要用戶來處理好各個外設(shè)與電源模式切換的代碼。因為可能有些外設(shè)不支持低功耗模式下運行，所以不能讓系統(tǒng)空閑時就強(qiáng)制進(jìn)入最低功耗模式，否則會導(dǎo)致一系列問題;

當(dāng)前方式：當(dāng)系統(tǒng)空閑時，PM 組件會結(jié)合當(dāng)前用戶配置的電源模式以及 MCU 工作情況，選擇最適合的模式進(jìn)行切換，并且會在切換前通知相關(guān)外設(shè)，做好模式切換的準(zhǔn)備工作。

通用性強(qiáng)

可支持所有通用的 MCU ，該組件也已經(jīng)在 RT-Thread 內(nèi)部經(jīng)過長期測試，并在多個平臺上做過驗證，例如：STM32系列、EFM32系列 等等。

豐富的上層接口

PM 組件除了本身提供的功耗接口，還實現(xiàn)了一個 PM 設(shè)備，上層用戶可以使用 RT-Thread 的設(shè)備接口進(jìn)行訪問。由于設(shè)備接口可以通過設(shè)備文件系統(tǒng)方式對接到文件系統(tǒng)，所以 PM 組件就可以使用通用的文件接口來訪問。

同時 PM 組件還提供了 Finsh/MSH 調(diào)試命令，方便用戶也可以通過輸入命令方式，調(diào)試低功耗功能。