一、电源管理框架简介

电源管理框架的目的在于节约CPU的功耗。传统上，当操作系统处于空闲状态时，比如所有用户任务和系统任务处于阻塞状态，将执行idle task。idle task的通常做法是一个while(1)空循环，从汇编视角看是不断执行跳转指令，也就是说当操作系统空闲时，CPU将处于空转状态。使能电源管理框架后，当系统进入idle task后，将设置CPU进入低功耗状态，从而节省CPU的功耗。

AliOS Things电源管理框架具有如下特点：

（1）应用配置电源管理框架并添加初始化代码后，整个框架的运行对应用透明，用户无需为了支持电源管理框架而修改应用代码；

（2）支持多级低功耗状态；

在某些MCU上，根据不同的节电程度和唤醒时间分为多级睡眠，电源管理框架提供了对该特性的支持，在进入低功耗状态时将根据睡眠时间和节电程度选择最佳睡眠等级。

（3）支持tickless机制

当MCU决定进入低功耗状态时，将关闭系统tick中断，并在醒来的时候恢复系统tick中断并补偿睡眠过程中丢失的tick数。这种策略通过减少系统时钟中断来最大程度降低系统空闲时的功耗。

（4）支持精简的低功耗模式

当MCU进入低功耗后，不关闭系统tick中断，系统tick也能唤醒系统。它的优点是实现简单，但当系统长时间空闲时，由于系统时钟频繁唤醒系统，不利于节能。

 

在某基于nrf52832 MCU的开发板上测试电源管理框架的运行效果如下：

在普通运行模式下nrf52832 MCU的平均运行电流在4mA左右，在添加电源管理模块后MCU的电流测试如下表所示：

从测试结果可以看出，在对功耗敏感的系统上，比如依靠电池供电的系统，非常有必要使用电源管理框架，它可显著降低系统功耗，增加系统待机时间。

二、应用配置（为应用添加低功耗支持）

2.1 AliOS Things2.0之前版本

应用若要使用电源管理框架，需进行如下配置：

（1）应用目录的.mk文件中添加对电源管理模块的依赖，示例：

     GLOBAL_DEFINES += RHINO_CONFIG_CPU_PWR_MGMT=1

$(NAME)_COMPONENTS := rhino/pwrmgmt

（2）在应用初始化函数中（比如application_start(int argc, char *argv[])）调用电源管理模块初始化函数。

    cpu_pwrmgmt_init();

2.2 AliOS Things 2.0之后版本

AliOS Things 2.0之后的版本将由系统自动调用初始化函数，只需在app中添加对电源管理模块的依赖即可，示例：

$(NAME)_COMPONENTS := pwrmgmt

 

注：系统自动调用初始化函数的位置为kernel/init/aos_init.c文件aos_components_init函数中，调用代码为：

#ifdef AOS_COMP_PWRMGMT

    cpu_pwrmgmt_init();

#endif

三、示例应用（app/example/pwr_test）

目前AliOS Things 2.0版本在developerkit和PCA10040平台上对电源管理框架进行了适配，可用如下命令编译示例应用并下载到develoerkit上运行：

aos make pwr_test@developerkit

aos upload pwr_test@developerkit

 

示例应用创建了2个任务demo1和demo2。demo1的主要逻辑是一个while循环：count1增1，同时打印count1和g_idle_count[0]的值，然后睡眠1秒。demo2的主要逻辑也是一个while循环：count2增1，同时打印count2的值，然后睡眠2秒。

其中g_idle_count[0]是一个全局变量，idle任务在执行时会累加该值。

若没有开启低功耗模块，那么当demo1和demo2处于睡眠状态时，idle任务持续执行，g_idle_count[0]不断增加。输出示例如下：

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

注：如果前后两次打印g_idle_count[0]没有增加，说明系统中有任务一直在运行导致idle任务没有运行。通常是串口采用轮询输入引起的，可修改为中断输入或去掉对CLI模块的依赖（应用.mk文件中$(NAME)_COMPONENTS行去掉CLI）。

 

开启低功耗时，当demo1和demo2处于睡眠状态时，idle任务执行g_idle_count[0]增1后，调用cpu_pwr_down()进入低功耗状态。因此系统每次进入空闲状态，g_idle_count[0]只增加1。输出示例如下：

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

 

说明：如果条件允许，直接测试功耗，比如测试MCU的电流，效果更直观。 

四、电源管理框架的适配

由于电源管理框架的运行依赖于硬件能力，因此在适配时首先要分析目标硬件是否有能力支持，然后要基于硬件能力为电源管理框架提供相关驱动。

4.1 硬件要求

要想支持电源管理框架，目标MCU需要支持如下特性：

（1）至少支持一种低功耗模式。在该低功耗模式下，RAM和寄存器的值能够被维持。

（2）在低功耗模式下，存在可用的定时器，且该定时器能唤醒系统。在tickless机制下，该定时器用于计算低功耗时间，以补偿系统时钟。

4.2 适配接口

为了支持电源管理模块需完成如下接口适配： 

适配接口	功能说明
board_cpu_pwr_init	初始化CPU的电源管理能力，比如注册CPU电源状态设置函数，注册CPU电源管理能力，注册唤醒延迟时间，注册唤醒/计时定时器。
cpu_cstate_set_t	设置CPU的低功耗状态
systick_suspend	挂起系统时钟，系统时钟在低功耗状态下停止运行
systick_resume	恢复系统时钟
one_shot_timer_t	低功耗下运行的唤醒/计时定时器。在低功耗下的计时，用于退出低功耗状态时补偿系统时钟。

 注：可参考developerkit和PCA10040平台上的适配示例（pwrmgmt_hal目录）。

 

在适配过程中用户可以调用如下接口：

可用接口	功能概述
cpu_pwr_node_init_static	初始化CPU节点
cpu_pwr_node_record	注册CPU节点
cpu_pwr_c_state_capability_set	设置CPU支持的低功耗模式
cpu_pwr_c_state_latency_save	设置某个指定低功耗状态的唤醒延迟时间
tickless_one_shot_timer_save	注册支持tickless机制的定时器
cpu_pwr_c_method_set	注册CPU状态设置函数

        

详细说明参见附件