LowPower: Standby Mode 1 GPIO Key Wakeup¶
1 功能概述¶
本例程演示如何使 SoC 进入 Standby Mode 1 状态，然后通过 GPIO 按键将其唤醒。
2 环境准备¶
硬件设备与线材：
PAN1080 EVB 核心板与底板各一块
JLink 仿真器（用于烧录例程程序）
电流计（本文使用电流可视化测量设备 PPK2 [Nordic Power Profiler Kit II] 进行演示）
USB-TypeC 线一条（用于底板供电和查看串口打印 Log）
杜邦线数根（用于连接各个硬件设备）
硬件接线：
为确保能够准确地测量 SoC 本身的功耗，排除底板外围电路的影响，请勿将 EVB 核心板插到 EVB 底板上
使用 USB-TypeC 线，将 PC USB 插口与 EVB 底板 USB->UART 插口相连
使用杜邦线将（根据核心板芯片的型号不同，以下两种接法二选一）:
EVB 底板上的 TX0 引脚与核心板上的 P00 引脚相连， EVB 底板上的 RX0 引脚与核心板上的 P01 引脚相连（若核心板芯片为 QFN32 或 LQFP64 封装）
EVB 底板上的 TX0 引脚与核心板上的 P30 引脚相连， EVB 底板上的 RX0 引脚与核心板上的 P31 引脚相连（若核心板芯片为 QFN48 封装）
使用杜邦线将 JLink 仿真器的：
SWD_CLK 引脚与 EVB 核心板的 P46 引脚相连
SWD_DAT 引脚与 EVB 核心板的 P47 引脚相连
SWD_GND 引脚与 EVB 核心板的 GND 引脚相连
使用杜邦线将 EVB 底板上的：
P04 引脚（对应按键 KEY1）与 EVB 核心板的 P04 引脚相连
P05 引脚（对应按键 KEY2）与 EVB 核心板的 P05 引脚相连
P56 引脚（对应按键 WKUP）与 EVB 核心板的 P56 引脚相连
将 PPK2 硬件的：
USB DATA/POWER 接口连接至 PC USB 接口
VOUT 引脚连接至 EVB 核心板的 VBAT 引脚
GND 引脚连接至 EVB 核心板的 GND 引脚
PC 软件:
串口调试助手（UartAssist）或终端工具（SecureCRT），波特率 921600（用于接收串口打印 Log）
nRF Connect Desktop（用于配合 PPK2 测量 SoC 电流）
3 编译和烧录¶
例程位置：zephyr\samples_panchip\low_power\standby_m1_gpio_key_wakeup
使用 ZAL 工具擦除 Flash 程序。关于 ZAL 工具的详细介绍请参考：Zephyr APP Launcher 工具介绍。
4 例程演示说明¶
PC 上打开 PPK2 Power Profiler 软件，供电电压选择 3300 mV，然后打开供电开关：
PPK2 使能芯片供电¶
测试芯片中目前还没有程序，所以看到此时芯片耗电保持在 3mA 左右。
使用 ZAL 工具将编译后的例程烧录至芯片
烧录成功后，最好断开 JLink 与芯片的连接以防止芯片 P46 和 P47 两个引脚有漏电情况发生
从串口工具中看到如下的打印信息：
Try to load HW calibration data.. DONE. - Chip Type : 0x80 - Chip CP Version : None - Chip FT Version : 5 - Chip MAC Address : D0000C0293CA - Chip Flash UID : 31373237300A29494330FFFFFFFFFFFF - Chip Flash Size : 1024 KB *** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.7.0-1346-g181eea9cf7ca *** Reset Reason: NVIC System Reset. Try to enter SoC sleep/deepsleep mode and wait for 3-times key pressing..
由上述 Log 可得知以下信息：
本次芯片 Reset 原因为 NVIC System Reset，这是因为本次芯片是程序烧录后由 JLink 触发的软件 Reset
芯片进入 DeepSleep 模式，并等待按键将其唤醒
此时观察芯片电流波形，发现稳定在 6uA 左右（说明芯片成功进入了 DeepSleep 模式）：
系统初始化后进入 DeepSleep 模式¶
分别尝试按下 EVB 底板上的 3 个按键：KEY1、KEY2 和 WKUP：
P0_4 INT occurred. First key pressed. P0_5 INT occurred. Second key pressed. P5_6 INT occurred. Third key pressed. Busy wait 500ms to keep SoC in active mode.. Now try to enter SoC standby mode 1..
由上述 Log 可得知以下信息：
3 个按键事件均成功触发了芯片唤醒
第 3 次按键按下唤醒后，芯片在 Active 状态下等待了 500ms，然后进入了 Stnadby Mode 1 状态
此时再观察芯片电流波形，可以看到芯片触发了 3 次唤醒，最后进入 Standby Mode 1 状态等待下次按键唤醒：
分别使用 3 个按键唤醒芯片¶
由电流波形可知：
芯片前 2 次唤醒后均进入了 DeepSleep 模式，期间芯片电流在 6uA 左右
芯片第 3 次唤醒后进入 Standby Mode 1 模式，期间芯片电流在 600nA 左右
再次尝试按下 EVB 底板上 3 个按键的任意一个（如 KEY1）以触发唤醒：
Try to load HW calibration data.. DONE. - Chip Type : 0x80 - Chip CP Version : None - Chip FT Version : 5 - Chip MAC Address : D0000C0293CA - Chip Flash UID : 31373237300A29494330FFFFFFFFFFFF - Chip Flash Size : 1024 KB *** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.7.0-1346-g181eea9cf7ca *** Reset Reason: Standby Mode 1 GPIO Wakeup. Try to enter SoC sleep/deepsleep mode and wait for 3-times key pressing..
由上述 Log 可得知以下信息：
按键 KEY1 成功将芯片从 Standby Mode 1 唤醒，且本次芯片 Reset 原因显示为 Standby Mode 1 GPIO Wakeup
程序初始化完成后立刻进入 DeepSleep 模式等待下一次按键唤醒
再观察芯片电流波形，可以看到芯片触发了复位，并重新进入 DeepSleep 模式：
芯片从 Standby Mode 1 模式下唤醒并重新进入 DeepSleep 模式¶
由电流波形可知：
芯片成功从 Standby Mode 1 模式下唤醒并触发了芯片 Reset
系统重新初始化后先进入持续 520 ms 左右的 Sleep 模式，然后进入 DeepSleep 模式，期间芯片电流在 6uA 左右
5 开发者说明¶
5.1 App Config 配置¶
本例程的 App Config（对应 prj.conf 文件）配置如下：
# Low Power
CONFIG_PM=y
CONFIG_BT_CTLR_SLEEP_CLOCK_SOURCE=1
# Enable GPIO Input Sentinel
CONFIG_PM_GPIO_INPUT_SENTINEL=y
# CONFIG_PM_GPIO_INPUT_SENTINEL_INVERT_CTRL=y
# Disable Serial Uart & Log.
# CONFIG_SERIAL=n
# CONFIG_UART_INTERRUPT_DRIVEN=n
# CONFIG_CONSOLE=n
# CONFIG_UART_CONSOLE=n
# CONFIG_PRINTK=n
# Enable DC/DC
CONFIG_SOC_DCDC_PAN1080=y
其中：
CONFIG_PM=y：使能低功耗流程CONFIG_BT_CTLR_SLEEP_CLOCK_SOURCE=1：低功耗时钟相关配置（目前必须固定配置为1）CONFIG_PM_GPIO_INPUT_SENTINEL=y：开启 GPIO 输入电平检测功能，开启后当系统试图进入 DeepSleep 模式时，会先检查当前是否有使能中断的 GPIO，若有，则接着检查其输入电平是否与中断配置冲突，若冲突则阻止系统进入 DeepSleep 模式此处 “输入电平与中断配置冲突” 的含义是：中断配置为下降沿触发而此时输入电平已经为低电平，或者中断配置为上升沿触发而此时输入电平已经为高电平； PAN1080 SoC 的低功耗模式不支持这种冲突情况，因此在配置 GPIO 唤醒的时候为安全起见可将此开关打开。
CONFIG_SOC_DCDC_PAN1080=y：使能芯片的 DCDC 供电模式，以降低芯片动态功耗
5.2 App DeviceTree 配置¶
本例程的 App DeviceTree（对应 app.overlay 文件）配置如下：
&uart1 {
status = "disabled";
};
其中：
将 uart1 的
status属性配置为disabled以禁止系统上电后初始化 uart1 设备，确保不会因为 uart1 的引脚配置产生 IO 漏电
5.3 程序代码¶
5.3.1 主程序¶
主程序 main() 函数内容如下：
void main(void)
{
uint8_t rst_reason;
/* Initialize gpio irq semaphore */
k_sem_init(&gpio_irq_sem, 0, 3);
/* Get the last reset reason */
printk("\nReset Reason: ");
rst_reason = soc_reset_reason_get();
switch (rst_reason) {
case SOC_RST_REASON_PIN_RESET:
printk("nRESET Pin Reset.\n");
break;
case SOC_RST_REASON_SYS_RESET:
printk("NVIC System Reset.\n");
break;
case SOC_RST_REASON_STBM1_GPIO_WAKEUP:
printk("Standby Mode 1 GPIO Wakeup.\n");
break;
default:
printk("Unhandled Reset Reason, refer to more reason define in soc.h!\n");
}
/* Enable customized GPIO ISR to override the default one written in zephyr gpio driver */
IRQ_DIRECT_CONNECT(GPIO_IRQn, GPIO_IRQ_PRIO, gpio_irq_handler, 0);
irq_enable(GPIO_IRQn);
/* Enable 3 GPIO keys low-level wakeup for standby mode 1 */
wakeup_gpio_keys_init();
printk("\nTry to enter SoC sleep/deepsleep mode and wait for 3-times key pressing..\n");
k_sem_take(&gpio_irq_sem, K_FOREVER);
printk("First key pressed.\n");
k_sem_take(&gpio_irq_sem, K_FOREVER);
printk("Second key pressed.\n");
k_sem_take(&gpio_irq_sem, K_FOREVER);
printk("Third key pressed.\n");
printk("\nBusy wait 500ms to keep SoC in active mode..\n");
k_busy_wait(500000);
printk("\nNow try to enter SoC standby mode 1..\n\n");
#ifdef CONFIG_SERIAL
/* Waiting for UART Tx done and re-set UART IO before entering standby mode 1 to avoid current leakage */
reset_uart_io();
#endif
soc_enter_standby_mode_1(STBM1_WAKEUP_SRC_GPIO, STBM1_RETENTION_SRAM_NONE, 0);
#ifdef CONFIG_SERIAL
/* Set IO pinmux to UART again */
set_uart_io();
#endif
printk("WARNING: Failed to enter SoC standby mode 1 due to unexpected GPIO IO level detected.\n");
printk(" The wakeup level of GPIO is configured as low-level-wakeup, however the\n");
printk(" actual GPIO level right before entering standby mode is already low. The\n");
printk(" SoC does not support this case, and the API soc_enter_standby_mode_1()\n");
printk(" just returns when this case is detected.\n");
while (1) {
/* Busy wait */
}
}
初始化一个名为 gpio_irq_sem 的信号量
在 GPIO 唤醒中断触发时通过 give 此信号量可以激活 main 线程的调度
获取本次系统复位的原因，本例程中仅检测 3 种情况（更多复位情况请参考 soc.h 文件中的相关定义）：
芯片 nRESET 引脚复位（nRESET 按键按下）
NVIC System Reset 软件复位（JLink 烧录后自动触发，或者软件调用
sys_reboot(0)触发）Standby Mode 1 GPIO Wakeup 唤醒复位
注册 GPIO IRQ 中断服务程序并使能 NVIC GPIO 中断
在 wakeup_gpio_keys_init() 函数中初始化 GPIO 配置
依次尝试 take 3 次 gpio_irq_sem 信号量，成功后使系统在 Active 状态下保持 500ms
将 UART Pinmux IO 恢复为默认的 GPIO 状态
使芯片进入 Standby Mode 1 模式，并配置为 GPIO 唤醒，且所有 SRAM 均不保持
若芯片未成功进入 Standby Mode 1 模式，则重新配置 UART Pinmux IO 状态并打印 Warning log
5.3.2 GPIO 初始化程序¶
GPIO 初始化程序 wakeup_gpio_keys_init() 函数内容如下：
static void wakeup_gpio_keys_init(void)
{
/* Configure GPIO P04 (KEY1) / P05 (KEY2) / P56 (WKUP) as Falling Edge Interrupt/Wakeup */
/* Set pinmux func as GPIO */
SYS_SET_MFP(P0, 4, GPIO);
SYS_SET_MFP(P0, 5, GPIO);
SYS_SET_MFP(P5, 6, GPIO);
/* Enable input debounce function */
GPIO_SetDebounceTime(GPIO_DBCTL_DBCLKSRC_HCLK, GPIO_DBCTL_DBCLKSEL_32768);
GPIO_EnableDebounce(P0, BIT4);
GPIO_EnableDebounce(P0, BIT5);
GPIO_EnableDebounce(P5, BIT6);
/* Set GPIOs to input mode */
GPIO_SetMode(P0, BIT4, GPIO_MODE_INPUT);
GPIO_SetMode(P0, BIT5, GPIO_MODE_INPUT);
GPIO_SetMode(P5, BIT6, GPIO_MODE_INPUT);
CLK_Wait3vSyncReady(); /* Necessary for P56 to do manual 3v sync */
/* Enable internal pull-up resistor path */
GPIO_EnablePullupPath(P0, BIT4);
GPIO_EnablePullupPath(P0, BIT5);
GPIO_EnablePullupPath(P5, BIT6);
CLK_Wait3vSyncReady(); /* Necessary for P56 to do manual 3v sync */
/* Wait for a while to ensure the internal pullup is stable before entering low power mode */
SYS_delay_10nop(0x10000);
/* Enable GPIO interrupts and set trigger type to Low Level */
GPIO_EnableInt(P0, 4, GPIO_INT_FALLING);
GPIO_EnableInt(P0, 5, GPIO_INT_FALLING);
GPIO_EnableInt(P5, 6, GPIO_INT_FALLING);
}
此函数使用 Panchip HAL GPIO Driver 对 GPIO 进行配置
实际上也可直接使用 Zephyr GPIO Driver 进行配置，具体可参考DeepSleep GPIO Key Wakeup例程中的相关介绍
由于 EVB 底板上有 3 个按键，分别对应核心板 P04/P05/P56 等 3 个引脚，因此这里仅配置这 3 个 GPIO 引脚：
将三个引脚 Pinmux 配置 GPIO 功能
将三个引脚的输入去抖功能打开，并将去抖时间配置为 32768 / 64M * 1M = 512 us
将三个引脚配置为 GPIO 数字输入模式
将三个引脚的内部上拉电阻打开（按键没有外部上拉电阻）
等待一段时间，确保前面的上拉电阻状态稳定
将三个引脚的 GPIO 中断功能打开，并将其配置为下降沿触发中断（即低电平唤醒）
5.3.3 GPIO 中断服务程序¶
GPIO 所有引脚共用一个中断服务程序：
__ramfunc void gpio_irq_handler(void)
{
GPIO_T *gpio;
for (size_t port = 0; port < 6; port++) {
gpio = (GPIO_T *)(P0_BASE + 0x40 * port);
if (GPIO_GetIntFlag(gpio, 0xFF) != 0) {
for (size_t i = 0; i < 8; i++) {
if (GPIO_GetIntFlag(gpio, BIT(i))) {
GPIO_ClrIntFlag(gpio, BIT(i));
printk("P%d_%d INT occurred.\r\n", ((uint32_t)gpio - (uint32_t)P0) / 0x40, i);
k_sem_give(&gpio_irq_sem);
}
}
GPIO_ClrAllIntFlag(gpio);
}
}
/* To indicate zephyr to schedule new ready thread if there is */
z_arm_int_exit();
}
函数定义使用
__ramfunc前缀，将函数编译在 RAM 上以提升执行效率若需要节约 RAM 且对 GPIO 中断执行时间要求不高，此前缀也可以不写
在中断 Handler 中检测，当发现任何中断均先将当前 GPIO 引脚号打印出来，然后 give 信号量，当函数返回后将会触发线程调度， 而对于此例程来说则是重新调度至 main 线程的 main() 函数的
k_sem_take(gpio_irq_sem)处继续执行
5.3.4 UART 引脚 Pinmux 配置与恢复¶
若芯片在使用过程中有诸如 UART 等外设模块配置了 IO，则芯片在进入低功耗状态前，要考虑将其 Pinmux 功能切换为 GPIO 功能； 若有必要，还需在芯片唤醒后将其功能切换回 UART 等功能以继续使用。
#ifdef CONFIG_SERIAL
__ramfunc static void reset_uart_io(void)
{
/* Wait until all UART0 data sending done before entering deepsleep mode */
while (!(UART_GetLineStatus(UART0) & UART_LINE_TXSR_EMPTY)) {
/* Busy wait */
}
/*
* Reset UART PINs to GPIO function and disable digital input path of UART Rx PIN
* to avoid possible current leakage.
*/
SYS_SET_MFP(P0, 0, GPIO);
SYS_SET_MFP(P0, 1, GPIO);
GPIO_DisableDigitalPath(P0, BIT1);
}
__ramfunc static void set_uart_io(void)
{
/* Resume UART PIN Configurations to reenable UART function */
SYS_SET_MFP(P0, 0, UART0_TX);
SYS_SET_MFP(P0, 1, UART0_RX);
GPIO_EnableDigitalPath(P0, BIT1);
}
#endif
reset_uart_io()函数用于：等待串口 Log 数据都打印完毕（即 UART0 Tx FIFO 应为空）
P00 引脚 Pinmux 功能由 UART0 Tx 切换回 GPIO
P01 引脚 Pinmux 功能由 UART0 Rx 切换回 GPIO，并将其数字输入功能关闭
set_uart_io()函数用于：P00 引脚 Pinmux 功能由 GPIO 重新切换成 UART0 Tx
P01 引脚 Pinmux 功能由 GPIO 重新切换成 UART0 Rx，并将其数字输入功能重新打开
5.3.5 与低功耗相关的 Hook 函数¶
目前有 3 个与低功耗密切相关的 Hook 函数：
/*
* Idle thread hook function for doing something before pm flow.
* return true to avoid entering the following pm (low power) flow
* return false otherwise.
*/
bool k_idle_thread_hook(void)
{
#if CONFIG_PM_GPIO_INPUT_SENTINEL_INVERT_CTRL
/* Delay 1ms to make sure GPIO IRQ could successfully be triggered */
k_busy_wait(1000);
#endif
/* Allow entering pm flow */
return false;
}
__ramfunc void z_power_hw_deep_sleep_enter_hook(void)
{
#ifdef CONFIG_SERIAL
reset_uart_io();
#endif
}
__ramfunc void z_power_hw_deep_sleep_exit_hook(void)
{
#ifdef CONFIG_SERIAL
set_uart_io();
#endif
}
Zephyr 有一个优先级最低的 idle 线程，当系统调度到此线程后会立刻触发
k_idle_thread_hook()钩子函数。系统默认实现了一个 weak 属性的k_idle_thread_hook()函数，而在 App 中可以重新实现此函数。若令此函数返回 false，则表示允许程序 run 进 idle 线程后续的低功耗流程中； 而若令此函数返回 true，则表示阻止系统执行 idle 线程的低功耗流程（此情况下程序在 idle 线程中空转）。对于本例程来说，在 main 线程中 take 信号量之后，由于系统没有其他的 ready 线程等待调度，因此会直接调度至 idle 线程中。
当程序执行到 idle 线程中低功耗流程的 DeepSleep 子流程中后，会在 SoC 进入 DeepSleep 模式之前执行
z_power_hw_deep_sleep_enter_hook()函数，在 SoC 从 DeepSleep 模式下唤醒后执行z_power_hw_deep_sleep_exit_hook()函数。本例程在
z_power_hw_deep_sleep_enter_hook()函数中，调用了reset_uart_io()函数以防止 UART IO 在 DeepSleep 模式下漏电本例程在
z_power_hw_deep_sleep_exit_hook()函数中，调用了set_uart_io()函数以恢复串口 Log 打印功能
6 RAM/Flash资源使用情况¶
Memory region Used Size Region Size %age Used
FLASH: 20264 B 384 KB 5.15%
SRAM: 7152 B 64 KB 10.91%