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LowPower: Standby Mode 1 LP Timer Wakeup¶

1 功能概述¶

本例程演示如何使 SoC 进入 Stnadby Mode 1 状态，然后通过内部 LP Timer 定时将其唤醒。

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
- 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_lptmr_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-v2.7.0-1347-g4073b5da347f  ***

Reset Reason: NVIC System Reset.

Busy wait 1s to keep SoC in active mode..

Now try to enter SoC standby mode 1 with specific lptmr timeout..

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-v2.7.0-1347-g4073b5da347f  ***

Reset Reason: Standby Mode 1 LP Timer Wakeup.

Busy wait 1s to keep SoC in active mode..

Now try to enter SoC standby mode 1 with specific lptmr timeout..

由上述 Log 可得知以下信息：

第一次芯片 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

接着芯片在 Active 状态下等待了 1s，随后进入了 Standby Mode 1 状态

约 5s 后，芯片从 Standby Mode 1 下醒来并复位，此次 Reset 原因为 Standby Mode 1 LP Timer Wakeup

然后芯片继续在 Active 状态下等待 1s，随后重新进入了 Standby Mode 1 状态

如此往复

此时观察芯片电流波形：

使用 LP Timer 将芯片从 Standby Mode 1 模式下唤醒¶

由电流波形看出芯片在 Standby Mode 1 状态下保持了 5s（此状态下电流为 1.4uA 左右），然后被唤醒并触发复位，重新初始化后又进入 Standby Mode 1 模式等待再次唤醒

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

# Disable Serial Uart & Log.
# CONFIG_SERIAL=n
# CONFIG_UART_INTERRUPT_DRIVEN=n
# CONFIG_CONSOLE=n
# CONFIG_UART_CONSOLE=n
# CONFIG_PRINTK=n

# Forcely calibrate 32K RCL Clock
CONFIG_SOC_FORCE_CALIB_RCL_CLK=y

# 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_SOC_FORCE_CALIB_RCL_CLK=y：在系统初始化阶段强制校准内部 32K RCL Clock 时钟（若当前使用的芯片为校准后的芯片，则此开关也可以不开以节约系统启动时间）
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";
};

&clk_xtl {
	/* Frequency of XTL clock, DO NOT CHANGE THIS ITEM */
	clock-frequency = <32768>;
	/* Enable/Disable the external 32768 Hz low speed crystal oscillator */
	status = "disabled";
};

&clk_rcl {
	/* Frequency of RCL clock, DO NOT CHANGE THIS ITEM */
	clock-frequency = <32000>;
	/* Enable/Disable the internal 32 KHz Low Speed RC */
	status = "okay";
};

&dpll {
	/* f(dpll_output) = f(dpll_input) / clock_div * clock_mult */
	clocks = <&clk_xth>;
	clock-div = <2>;  /* Fixed to 2 */
	clock-mult = <4>; /* Can be 3 (48MHz) or 4 (64MHz) */
	status = "okay";
};

&rcc {
	clock-names = "clk_system", "clk_slow";
	clocks = <&dpll &clk_rcl>;
	clock-frequency-system = <DT_FREQ_M(64)>;
	clock-frequency-slow = <32000>;
	ahb-prescaler = <1>;
	apb1-prescaler = <1>;
	apb2-prescaler = <1>;
};

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
将 clk_xtl 的 status 属性配置为 disabled 以禁用 32768Hz XTL 低速晶振（此为 SDK 默认配置）
将 clk_rcl 的 status 属性配置为 okay 以打开 32kHz RCL 内部低速时钟（此为 SDK 默认配置）
将 dpll 的 clock-mult 属性配置为 4 以将 DPLL 时钟输出配置为 64MHz（此为 SDK 默认配置）
将 rcc 的：
- clocks 属性的第 1 项（clk_system）配置为 dpll 以将系统高速时钟（AHB 总线时钟）源选择为 DPLL 时钟（此为 SDK 默认配置）
- clocks 属性的第 2 项（clk_slow）配置为 clk_rcl 以使系统使用 32kHz RCL 内部低速时钟（此为 SDK 默认配置）
- clock-frequency-slow 属性配置为 32000 以告诉系统当前使用的低速时钟频率为 32000 Hz（此为 SDK 默认配置）

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;
	uint32_t lptmr_cnt;

	/* 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_LPTMR_WAKEUP:
		printk("Standby Mode 1 LP Timer Wakeup.\n");
		break;
	default:
		printk("Unhandled Reset Reason, refer to more reason define in soc.h!\n");
	}

	printk("\nBusy wait 1s to keep SoC in active mode..\n");
	k_busy_wait(1000000);

	printk("\nNow try to enter SoC standby mode 1 with specific lptmr timeout..\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
	/* Convert timeout in milliseconds to LP Timer Count */
	lptmr_cnt = LPTMR_TIMEOUT_MS * PAN_RCC_CLOCK_FREQUENCY_SLOW / 1000ull;
	/* Enter standby mode 1 */
	soc_enter_standby_mode_1(STBM1_WAKEUP_SRC_LPTMR, STBM1_RETENTION_SRAM_NONE, lptmr_cnt);

#ifdef CONFIG_SERIAL
	/* Set IO pinmux to UART again */
	set_uart_io();
#endif
	printk("WARNING: Failed to enter SoC standby mode 1 due to unknown reason.\n");

	while (1) {
		/* Busy wait */
	}
}

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 LP Timer Wakeup 唤醒复位
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 LP Timer 唤醒，唤醒时间为 5s，且所有 SRAM 均不保持

需要注意 soc_enter_standby_mode_1() 接口第三个参数为 LP Timer 定时，其单位为 32K Clock Count，而不是时间，因此在使用过程中需要将预期定时的时间 LPTMR_TIMEOUT_MS 通过程序中的公式转换为 32K Count 后再将其传入函数中。
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 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 low power 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

6 RAM/Flash资源使用情况¶

Memory region         Used Size  Region Size  %age Used
           FLASH:       22876 B       256 KB      8.73%
            SRAM:        7008 B        64 KB     10.69%