FreeRTOS-Tickless模式

最新推荐文章于 2025-11-09 04:14:05 发布

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#freertos #嵌入式 #操作系统

本文介绍了如何利用STM32的低功耗模式和FreeRTOS的Tickless模式来降低系统功耗。STM32支持休眠、停止和待机三种低功耗模式，而在FreeRTOS中，通过Tickless模式，系统可以在空闲时进入低功耗状态并智能计算唤醒时间。配置包括开启configUSE_TICKLESS_IDLE宏，设置configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP参数，并自定义configPRE_SLEEP_PROCESSING和configPOST_SLEEP_PROCESSING函数来处理进入和退出低功耗模式时的外围设备操作。

FreeRTOS-Tickless模式

很多场合中对功耗要求很严格，并且很多MCU都带有低功耗模式，合理地使用这些低功耗模式可以降低系统的功耗。同时，FreeRTOS也提供了Tickless功耗模式，这样软件和硬件相结合，可以更进一步降低系统功耗，并且配置也很简单。

STM32低功耗模式

STM32本身支持低功耗模式，它有休眠、停止、待机三种低功耗模式，相比来说，待机模式功耗最低，休眠模式功耗最高，但是相应地，睡眠模式唤醒延迟最低。下表给出三种模式的对比。

模式	开启方式	唤醒方式	对1.2v域时钟影响	对VDD域时钟影响	调压器
休眠	WFI或WFE	WFI时，任意中断唤醒；WFE时，事件唤醒	CPU时钟关闭，其他时钟无影响	无影响	开启
停止	PDDS和LPDS位+SLEEPDEEP位+WFI位或WFE位	任意EXTI线	所有1.2v域时钟都关闭	HSI和HSE振荡器关闭	开启或处于低功耗模式
待机	PDDS为+SLEEPDEEP位+WFI位或WFE	WKUP引脚上升沿、RTC相关事件或中断	所有1.2v域时钟关闭	HSI和HSE振荡器关闭	关闭

睡眠模式

进入睡眠模式有两种指令：WFI(等待中断)和WFE(等待事件)。CMSIS中提供了两个函数来操作指令WFI和WFE,我们可以直接使用这两个函数，分别是__WFI和__WFE，FreeRTOS系统使用的是WFE进入休眠模式。
如果使用WFI进入休眠模式，那么休眠期间任意一个中断都会将MCU从休眠状态只用唤醒;使用WFE进入休眠模式，那么当有事件发生的话就会退出休眠模式。STM32进入休眠模式的时候，CM3内核停止运行，但是其他外设都正常。

Tickless模式

在前面时间信息统计那一章节中，我们曾经统计了各个任务运行占用的时间，结果发现，处理器大部分时间都在处理空闲任务，而空闲任务一般都是不重要的任务，所以这期间可以进入低功耗模式。FreeRTOS就是通过这样来降低功耗的，一般会在空闲任务的相关钩子函数中进行一些相关低功耗处理，比如关闭外设时钟、降低系统主频等等。但是这里有个问题就是，既然FreeRTOS使用的是WFI，如果不关闭Systick只要有中断发生就会退出低功耗模式，这样对降低功耗极其不利。如果关闭SyStick那么会导致系统时钟停止运行，系统时钟都停止运行了，FreeRTOS系统就没办法正常工作了。所以，为了解决这个问题，我们还需要另一个定时器，该定时器只需要将系统节拍停止这段时间补偿上去就可以了，如果使用的MCU自带低功耗定时器，那么可以使用这个低功耗定时器来完成这项任务。不幸的是，STM32F1没有这个定时器，那是不是意味着就不能使用Tickless模式了？照样可以使用，只是我们会继续使用滴答定时器来完成这个工作，不过此时的滴答定时器工作模式有所变化。这时候当进入低功耗模式前，将会计算下一个任务的执行时间，根据这个计算时间，滴答定时器只需要在该时间点将系统唤醒，而不需要每个节拍都唤醒，然后再将这段时间补偿到