电源管理
概述
ESP-IDF 中集成的电源管理算法可以根据应用程序组件的需求,调整外围总线 (APB) 频率和 CPU 频率,并使芯片进入 Light-sleep 模式,尽可能减少运行应用程序的功耗。
应用程序组件可以通过创建和获取电源管理锁来控制功耗。
例如:
对于从 APB 获得时钟频率的外设,其驱动可以要求在使用该外设时,将 APB 频率设置为 80 MHz。
RTOS 可以要求 CPU 在有任务准备开始运行时以最高配置频率工作。
一些外设可能需要中断才能启用,因此其驱动也会要求禁用 Light-sleep 模式。
请求较高的 APB 频率或 CPU 频率以及禁用 Light-sleep 模式会增加功耗,因此请将组件使用的电源管理锁降到最少。
电源管理配置
编译时可使用 CONFIG_PM_ENABLE 选项启用电源管理功能。
启用电源管理功能将会增加中断延迟。额外延迟与多个因素有关,例如:CPU 频率、单/双核模式、是否需要进行频率切换等。CPU 频率为 240 MHz 且未启用频率调节时,最小额外延迟为 0.2 us;如果启用频率调节,且在中断入口将频率由 40 MHz 调节至 80 MHz,则最大额外延迟为 40 us。
通过调用 esp_pm_configure()
函数可以在应用程序中启用动态调频 (DFS) 功能和自动 Light-sleep 模式。此函数的参数 esp_pm_config_t
定义了频率调节的相关设置。在此参数结构中,需要初始化以下三个字段:
max_freq_mhz
:最大 CPU 频率 (MHz),即获取ESP_PM_CPU_FREQ_MAX
锁后所使用的频率。该字段通常设置为 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ。
min_freq_mhz
:最小 CPU 频率 (MHz),即未持有电源管理锁时所使用的频率。注意,10 MHz 是生成 1 MHz 的 REF_TICK 默认时钟所需的最小频率。light_sleep_enable
:没有获取任何管理锁时,决定系统是否需要自动进入 Light-sleep 状态 (true
/false
)。
如果在 menuconfig 中启用了 CONFIG_PM_DFS_INIT_AUTO 选项,最大 CPU 频率将由 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ 设置决定,最小 CPU 频率将锁定为 XTAL 频率。
备注
自动 Light-sleep 模式基于 FreeRTOS Tickless Idle 功能,因此如果在 menuconfig 中没有启用 CONFIG_FREERTOS_USE_TICKLESS_IDLE 选项,在请求自动 Light-sleep 时,esp_pm_configure()
将会返回 ESP_ERR_NOT_SUPPORTED 错误。
备注
Light-sleep 状态下,外设设有时钟门控,不会产生来自 GPIO 和内部外设的中断。睡眠模式 文档中所提到的唤醒源可用于从 Light-sleep 状态触发唤醒。
例如,EXT0 和 EXT1 唤醒源可以通过 GPIO 唤醒芯片。
电源管理锁
应用程序可以通过获取或释放管理锁来控制电源管理算法。应用程序获取电源管理锁后,电源管理算法的操作将受到下面的限制。释放电源管理锁后,限制解除。
电源管理锁设有获取/释放计数器,如果已多次获取电源管理锁,则需要将电源管理锁释放相同次数以解除限制。
ESP32 支持下表中三种电源管理锁。
电源管理锁 |
描述 |
---|---|
|
请求使用 |
|
请求将 APB 频率设置为最大值,ESP32 支持的最大频率为 80 MHz。 |
|
禁止自动切换至 Light-sleep 模式。 |
ESP32 电源管理算法
下表列出了启用动态调频时如何切换 CPU 频率和 APB 频率。可以使用 esp_pm_configure()
或 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ 指定 CPU 最大频率。
CPU 最高频率 |
电源管理锁获取情况 |
APB 频率和 CPU 频率 |
240 |
获取 |
|
无 |
使用 |
|
160 |
获取 |
|
获取 |
|
|
无 |
使用 |
|
80 |
获取 |
|
无 |
使用 |
如果没有获取任何管理锁,调用 esp_pm_configure()
将启动 Light-sleep 模式。Light-sleep 模式持续时间由以下因素决定:
处于阻塞状态的 FreeRTOS 任务数(有限超时)
高分辨率定时器 API 注册的计数器数量
也可以设置 Light-sleep 模式在最近事件(任务解除阻塞,或计时器超时)之前的持续时间,在持续时间结束后再唤醒芯片。
为了跳过不必要的唤醒,可以将 skip_unhandled_events
选项设置为 true
来初始化 esp_timer
。带有此标志的定时器不会唤醒系统,有助于减少功耗。
动态调频和外设驱动
启用动态调频后,APB 频率可在一个 RTOS 滴答周期内多次更改。有些外设不受 APB 频率变更的影响,但有些外设可能会出现问题。例如,Timer Group 外设定时器会继续计数,但定时器计数的速度将随 APB 频率的变更而变更。
时钟频率不受 APB 频率影响的外设时钟源通常有 REF_TICK
, XTAL
, RC_FAST
(i.e., RTC_8M
)。因此,为了保证外设在 DFS 期间的所有行为一致,建议在上述时钟中选择其一作为外设的时钟源。如果想要了解更多详情可以浏览每个外设 ”API 参考 > 外设 API“ 页面的 “电源管理” 章节。
目前以下外设驱动程序可感知动态调频,并在调频期间使用 ESP_PM_APB_FREQ_MAX
锁:
SPI master
I2C
I2S(如果 APLL 锁在使用中,I2S 则会启用
ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP
锁)SDMMC
启用以下驱动程序时,将占用 ESP_PM_APB_FREQ_MAX
锁:
SPI slave:从调用
spi_slave_initialize()
至spi_slave_free()
期间。GPTimer:从调用
gptimer_enable()
至gptimer_disable()
期间。Ethernet:从调用
esp_eth_driver_install()
至esp_eth_driver_uninstall()
期间。WiFi:从调用
esp_wifi_start()
至esp_wifi_stop()
期间。如果启用了调制解调器睡眠模式,广播关闭时将释放此管理锁。TWAI:从调用
twai_driver_install()
至twai_driver_uninstall()
期间 (只有在 TWAI 时钟源选择为TWAI_CLK_SRC_APB
的时候生效)。Bluetooth:从调用
esp_bt_controller_enable()
至esp_bt_controller_disable()
期间。如果启用了蓝牙调制解调器,广播关闭时将释放此管理锁。但依然占用ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP
锁,除非将 CONFIG_BTDM_CTRL_LOW_POWER_CLOCK 选项设置为 “外部 32 kHz 晶振”。PCNT:从调用
pcnt_unit_enable()
至pcnt_unit_disable()
期间。Sigma-delta:从调用
sdm_channel_enable()
至sdm_channel_disable()
期间。MCPWM: 从调用
mcpwm_timer_enable()
至mcpwm_timer_disable()
期间,以及调用mcpwm_capture_timer_enable()
至mcpwm_capture_timer_disable()
期间。
以下外设驱动程序无法感知动态调频,应用程序需自己获取/释放管理锁:
旧版 PCNT 驱动
旧版 Sigma-delta 驱动
旧版定时器驱动 (Timer Group)
旧版 MCPWM 驱动
API 参考
Header File
This header file can be included with:
#include "esp_pm.h"
This header file is a part of the API provided by the
esp_pm
component. To declare that your component depends onesp_pm
, add the following to your CMakeLists.txt:REQUIRES esp_pm
or
PRIV_REQUIRES esp_pm
Functions
-
esp_err_t esp_pm_configure(const void *config)
Set implementation-specific power management configuration.
- 参数
config -- pointer to implementation-specific configuration structure (e.g. esp_pm_config_esp32)
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_INVALID_ARG if the configuration values are not correct
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED if certain combination of values is not supported, or if CONFIG_PM_ENABLE is not enabled in sdkconfig
-
esp_err_t esp_pm_get_configuration(void *config)
Get implementation-specific power management configuration.
- 参数
config -- pointer to implementation-specific configuration structure (e.g. esp_pm_config_esp32)
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_INVALID_ARG if the pointer is null
-
esp_err_t esp_pm_lock_create(esp_pm_lock_type_t lock_type, int arg, const char *name, esp_pm_lock_handle_t *out_handle)
Initialize a lock handle for certain power management parameter.
When lock is created, initially it is not taken. Call esp_pm_lock_acquire to take the lock.
This function must not be called from an ISR.
备注
If the lock_type argument is not valid, it will cause an abort.
- 参数
lock_type -- Power management constraint which the lock should control
arg -- argument, value depends on lock_type, see esp_pm_lock_type_t
name -- arbitrary string identifying the lock (e.g. "wifi" or "spi"). Used by the esp_pm_dump_locks function to list existing locks. May be set to NULL. If not set to NULL, must point to a string which is valid for the lifetime of the lock.
out_handle -- [out] handle returned from this function. Use this handle when calling esp_pm_lock_delete, esp_pm_lock_acquire, esp_pm_lock_release. Must not be NULL.
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_NO_MEM if the lock structure can not be allocated
ESP_ERR_INVALID_ARG if out_handle is NULL
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED if CONFIG_PM_ENABLE is not enabled in sdkconfig
-
esp_err_t esp_pm_lock_acquire(esp_pm_lock_handle_t handle)
Take a power management lock.
Once the lock is taken, power management algorithm will not switch to the mode specified in a call to esp_pm_lock_create, or any of the lower power modes (higher numeric values of 'mode').
The lock is recursive, in the sense that if esp_pm_lock_acquire is called a number of times, esp_pm_lock_release has to be called the same number of times in order to release the lock.
This function may be called from an ISR.
This function is not thread-safe w.r.t. calls to other esp_pm_lock_* functions for the same handle.
- 参数
handle -- handle obtained from esp_pm_lock_create function
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_INVALID_ARG if the handle is invalid
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED if CONFIG_PM_ENABLE is not enabled in sdkconfig
-
esp_err_t esp_pm_lock_release(esp_pm_lock_handle_t handle)
Release the lock taken using esp_pm_lock_acquire.
Call to this functions removes power management restrictions placed when taking the lock.
Locks are recursive, so if esp_pm_lock_acquire is called a number of times, esp_pm_lock_release has to be called the same number of times in order to actually release the lock.
This function may be called from an ISR.
This function is not thread-safe w.r.t. calls to other esp_pm_lock_* functions for the same handle.
- 参数
handle -- handle obtained from esp_pm_lock_create function
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_INVALID_ARG if the handle is invalid
ESP_ERR_INVALID_STATE if lock is not acquired
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED if CONFIG_PM_ENABLE is not enabled in sdkconfig
-
esp_err_t esp_pm_lock_delete(esp_pm_lock_handle_t handle)
Delete a lock created using esp_pm_lock.
The lock must be released before calling this function.
This function must not be called from an ISR.
- 参数
handle -- handle obtained from esp_pm_lock_create function
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_INVALID_ARG if the handle argument is NULL
ESP_ERR_INVALID_STATE if the lock is still acquired
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED if CONFIG_PM_ENABLE is not enabled in sdkconfig
-
esp_err_t esp_pm_dump_locks(FILE *stream)
Dump the list of all locks to stderr
This function dumps debugging information about locks created using esp_pm_lock_create to an output stream.
This function must not be called from an ISR. If esp_pm_lock_acquire/release are called while this function is running, inconsistent results may be reported.
- 参数
stream -- stream to print information to; use stdout or stderr to print to the console; use fmemopen/open_memstream to print to a string buffer.
- 返回
ESP_OK on success
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED if CONFIG_PM_ENABLE is not enabled in sdkconfig
Structures
-
struct esp_pm_config_t
Power management config.
Pass a pointer to this structure as an argument to esp_pm_configure function.
Type Definitions
-
typedef esp_pm_config_t esp_pm_config_esp32_t
backward compatibility newer chips no longer require this typedef
-
typedef esp_pm_config_t esp_pm_config_esp32s2_t
-
typedef esp_pm_config_t esp_pm_config_esp32s3_t
-
typedef esp_pm_config_t esp_pm_config_esp32c3_t
-
typedef esp_pm_config_t esp_pm_config_esp32c2_t
-
typedef esp_pm_config_t esp_pm_config_esp32c6_t
-
typedef struct esp_pm_lock *esp_pm_lock_handle_t
Opaque handle to the power management lock.
Enumerations
-
enum esp_pm_lock_type_t
Power management constraints.
Values:
-
enumerator ESP_PM_CPU_FREQ_MAX
Require CPU frequency to be at the maximum value set via esp_pm_configure. Argument is unused and should be set to 0.
-
enumerator ESP_PM_APB_FREQ_MAX
Require APB frequency to be at the maximum value supported by the chip. Argument is unused and should be set to 0.
-
enumerator ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP
Prevent the system from going into light sleep. Argument is unused and should be set to 0.
-
enumerator ESP_PM_LOCK_MAX
-
enumerator ESP_PM_CPU_FREQ_MAX