YTM32的电源管理与低功耗系统详解

YTM32的电源管理与低功耗系统详解

苏勇，2023年10月

缘起

前几天有客户在技术交流群里问，YTM32的LE产品能不能使用任意GPIO的中断将芯片从StandBy模式下唤醒？按照我对功耗管理架构的理解，常规的MCU低功耗模式分浅睡和深睡，浅睡可以用常规中断唤醒，从哪里睡着就可以从哪里醒来；深睡需要专门的唤醒模块（例如Kinetis的LLWU模块），醒来之后效果同硬件复位效果等同，入睡之前的记忆全无，整个断片了。为了确认YTM32的微控制器如我理解一致，我专门查阅了LE和ME的手册进行核实，顺带梳理了YTM32平台上的电源管理与低功耗管理系统的实际资源和工作机制。

原理与机制

深入到微控制器的内部模块，大多数软件开发者了解时钟系统的重要性，却对供电系统所知不多。诚然，供电系统在芯片上电后，就基本稳定下来，几乎不需要开发者进行任何额外的操作。不过，对于对供电敏感的应用场景，为了充分利用有限的电能，需要根据电路系统的需求，动态调整整个芯片的功耗模式，此时，就需要充分了解芯片的电源系统及功耗管理机制，以合理的方式进行编程。

YTM32微控制器的电源管理系统，涉及到电源控制单元（Power Control Unit，PCU）、唤醒单元（Wakeup Unit，WKU）， 复位控制单元（Reset Control Unit，RCU）等专门的外设模块，以及低电压检测（Low Voltage Detection，LVD）、POR（Power On Reset）等电路单元，以及一个包含多种功耗模式的电源管理模型，控制和管理芯片内部的多个调压器（对应不同电压、不同带载能力）以及对多外设模块的供电开关。

图x YTM32B1ME的电源管理系统

以YTM32B1ME为例，图x展示了YTM电源管理系统的功能框图。其中VDD是整颗芯片的输入电压源，在芯片工作的整个生命周期中，需要保持稳定的供电。VDD25和VDD11分别对应两个内部调压器的输出，其中VDD11为内部的处理器内核和逻辑电路供电。PD0（Power Domain 0）所在的供电线路是常供电的电源域，PD1（Power Domain 1）所在的供电线路在PowerDown模式下会被停电。像FIRC、PLLSXOSC、SXOSC、SIRC等时钟发生器，若被停电，则使用这些时钟作为时钟源的外设模块也会随之停止工作。

电源管理模型的功耗模式

YTM32微控制器的电源管理体系中，按照功耗从高向低排列，最多包括：正常模式（Normal/Active）、休眠模式（Sleep）、深度休眠模式（DeepSleep）、待机模式（StandBy）及掉电模式（PowerDown）。对于使用Arm Cortex-M0+内核的YTM32B1L系列，精简了其中的PowerDown模式。其中，Normal、Sleep和DeepSleep都是基本的Arm架构低功耗模式，可按照常规操作方式，先对SCB_SCR寄存器进行配置，然后通过WFI指令进行进入Sleep或DeepSleep模式。如图x所示。

图x Arm内核的SCB_SCR寄存器

StandBy和PowerDown是YTM32在自家SoC上，进一步实现更低功耗的工作模式，还需要配合另外的PCU模块（Power Control Unit），设置复位相关的功能，才能正常工作。如图x所示。

图x 进入StandBy模式的使能开关

正常模式（Normal）

几乎所有的外设模块都可以全功能正常工作（除了像WKU这种尽在掉电模式才开始工作的模块除外）。芯片内部的调压器全部以最高性能状态工作，对绝大多数的外设模块开放供电。此时，处理器可以以最高性能运行。上电复位之后进入工作的初始状态。

休眠模式（Sleep）

CPU停止工作，内核中的部分模块仍在工作（NVIC）