AliOS Things电源管理框架怎么满足物联网设备低功耗需求

AliOS Things电源管理框架使用介绍，主要针对物联网设备低功耗需求。

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）

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（）;

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

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：

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

作者：云栖社区 jianniu