ESP 低功耗入门

概述

根据功能和供电域的不同，ESP32 系列芯片可以大致分为以下五个模块：

RF 模块：即射频模块，用于蓝牙 / Wi-Fi 的收发(TX / RX)功能。
CPU：如 Xtensa 内核 (ESP32 / ESP32-S2 / ESP32-S3 等)，RISC-V 内核(ESP32-C3 / ESP32-C2 等)。
无线数字模块：包括 Wi-Fi 和蓝牙的物理层，如 Wi-Fi 的 MAC，蓝牙的 Link controller。
非 RTC 外设：如常用的 SPI, I2C, LEDC 等。
RTC 相关：包括 RTC GPIO, ULP 等。

芯片的功耗主要由各功能模块的工作状态决定。通常，处于工作状态的模块越多，芯片的整体功耗越高。

ESP32 系列芯片支持四种工作模式，按照运行时的平均功耗由高到底排序，依次为 Active, Modem sleep, Light sleep 和 Deep sleep。不同模式下各功能模块的上电与运行状态不同，从而产生功耗差异。下图展示了不同工作模式下的各模块运行状态：

在该模式下，芯片的所有模块均处于上电工作状态，此时芯片的底电流大约为 20 ~ 40 mA。

在 Modem sleep 模式下，当无线模块没有数据传输任务或不进行扫描时，RF 射频模块会自动关闭以降低功耗，而 CPU 保持运行，芯片仍能处理应用任务。芯片的底电流可参考各型号 datasheet 中的功耗参数。

可使用 hello_world 示例测试 Modem sleep 模式下的功耗数据。

在 Light sleep 模式下，数字外设、CPU、以及大部分 RAM 都使用时钟门控，同时其供电电压降低，RF 模块会被关闭，以此来达到功耗降低的结果。此时的芯片底电流可以参考各芯片的 datasheet 上的功耗，如 ESP32-C3 为 130 μA，ESP32-S3 为 240 μA。

在 Deep sleep 模式下，除 RTC 模块外，其他模块全部被下电，底电流可以参考各芯片的 datasheet，如 ESP32-C3 为 5 μA，ESP32-S3 为 7 μA。

处于 Light sleep 和 Deep sleep 状态的芯片可以通过唤醒源被唤醒，不同芯片的 Light sleep 和 Deep sleep 唤醒源分别如下表所示。各唤醒源的具体使用可以查看 Light sleep 和 Deep sleep 例程以及 IDF 编程指南中的唤醒源小节。

Light sleep 唤醒源
	ESP32	ESP32-S2	ESP32-S3	ESP32-C3	ESP32-C2	ESP32-C6	ESP32-C5	ESP32-C61	ESP32-H2	ESP32-P4
RTC Timer	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
GPIO	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
EXT0 (仅限 RTC GPIO)	√	√	√
EXT1 (仅限 RTC GPIO)	√	√	√			√	√	√	√	√
UART	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
Touch	√	√	√							√
ULP-FSM	√	√	√
ULP-RISCV/LP core		√	√			√	√			√

Deep sleep 唤醒源
	ESP32	ESP32-S2	ESP32-S3	ESP32-C3	ESP32-C2	ESP32-C6	ESP32-C5	ESP32-C61	ESP32-H2	ESP32-P4
Timer	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
GPIO(仅限 RTC GPIO)				√	√	√	√	√		√
EXT0 (仅限 RTC GPIO)	√	√	√
EXT1 (仅限 RTC GPIO)	√	√	√			√	√	√	√	√
Touch	√	√	√							√
ULP-FSM	√	√	√
ULP-RISCV/LP core		√	√			√	√			√

注意事项

EXT0 和 EXT1 唤醒只能作用于 RTC GPIO，和 GPIO 唤醒相比，它们依赖的硬件电源域不同，但实际使用体验差异不大。
UART 中断需要一定数量字节用于唤醒，所以如果想要使用 UART 中断，需要约定好唤醒规则，更多说明可参考 UART 唤醒。
在 Deep sleep 模式下，GPIO 唤醒需要使用 RTC GPIO。
除 GPIO 外，Deep Sleep 的唤醒源与 Light Sleep 类似，但增加了 ULP（协处理器）唤醒。ESP32 仅支持 ULP-FSM，需要用汇编编写唤醒程序；而 ESP32-S2/S3 支持 ULP-RISCV，可使用 C 语言编写协处理器程序。