睡眠模式

睡眠模式 (Sleep Mode) 利用SPV1x SoC上搭载的Nuclei N200 RISC-V CPU所提供的WFI/WFE低功耗机制， 降低CPU空闲状态 (IDLE) 下的动态和静态功耗。该模式具备丰富灵活的低功耗进入和唤醒方式选择， 从睡眠模式下唤醒所需的程序流程简单，耗时短，在用户方案中部署的复杂度最低。

备注

前置知识： 中断/异常/NMI处理

CPU WFI/WFE低功耗机制

上图描述了N200 CPU Core的内部时钟域，其主时钟域内含 core_clk 和 core_clk_aon 两路时钟信号， 二者同频同相，各自承担的功能如下：

• core_clk: 驱动CPU核的主要时钟信号。

• core_clk_aon: 用于驱动核内的Always-On逻辑单元，包含中断控制器ECLIC、Machine Timer和Debug等。

N200 CPU提供了 WFI (Wait For Interrupt) 和 WFE (Wait For Event) 两种机制，用于进入睡眠模式 并分别配置成依靠中断或外部事件的唤醒方式。SPV1x SDK将二者分别封装成 lpm_wfi_enter() 和 lpm_wfe_enter() 供用户调用。

睡眠模式的进入

当用户执行wfi/wfe后，

• CPU立即停止执行当前指令流。

• CPU等待执行中的bus访问完成，包括：指令获取、数据加载和保存操作。

完成上述操作后，CPU进入睡眠模式：

• core_wfi_mode信号拉高。

• core_clk 时钟信号关闭(gated-off)，降低CPU Core的动态功耗。

睡眠模式的唤醒

如果用户以 lpm_wfi_enter() 方式进入睡眠模式：

• 任何在中断控制器ECLIC上注册并使能的中断，包含软件中断、Machine Timer中断和外设中断，都可以将SoC从睡眠模式唤醒。

• （推荐）如果CPU全局中断使能 mstatus.mie 为1，则SoC从睡眠模式唤醒后将首先进入唤醒源的中断服务函数执行， 退出中断服务函数后CPU继续执行 lpm_wfi_enter() 后面的程序流程。

• （不推荐）如果CPU全局中断使能 mstatus.mie 为0，则SoC从睡眠模式唤醒后直接执行 lpm_wfi_enter() 后面的程序流程。 用户程序则需要妥善查找唤醒中断源，并处理其中断请求信号(Pending)。

API链接：

• lpm_wfi_enter()

如果用户以 lpm_wfe_enter() 方式进入睡眠模式，：

• 任何在中断唤醒管理单元（INT）注册的外设中断请求信号，都可以将SoC从睡眠模式唤醒。

• （推荐）用户将CPU全局中断使能 mstatus.mie 置为0，杜绝外设中断请求同时触发ECLIC中断控制器的响应。如此， SoC从睡眠模式唤醒后，CPU将继续执行 lpm_wfe_enter() 后面的程序流程。用户程序可以通过 INT中断唤醒事件状态寄存器STAT0, 快速查找到唤醒睡眠模式的外设源，然后处置其中断请求信号(Pending)。随后，用户程序即可根据实际情况重新开启CPU全局中断使能位。

• 为了便于使用，SPV1x SDK将以上流程封装为函数 lpm_wfe_enter() ，并在其中调用了弱定义钩子函数 lpm_wfe_wakeup_handler()， 其传参为INT_STAT0寄存器当前值，用户可以使用强定义实现该钩子函数，并在其中完成唤醒外设源中断请求信号处置等必要操作。

API链接：

• lpm_wfe_enter()

• lpm_wfe_wakeup_handler()

同时，无论用户以何种方式进入睡眠模式，当发生 Non-Maskable Interrupt (NMI) 或来自于调试模块(Debug Module)的 调试请求 (Debug Request) ， 都可以将SoC从睡眠模式唤醒。

SoC从睡眠模式被唤醒后，core_wfi_mode信号被拉低，core_clk时钟信号重新开启，CPU恢复执行。

使用INT单元配置外部唤醒事件

该外设模块向用户提供以下功能：

1. 对WFE方式进入睡眠模式所需的外部唤醒事件的选择。

   用户可以通过配置DEV_INT->MASK0寄存器，选择所需的外部唤醒事件。 这些外部唤醒事件源与SoC ECLIC模块接入的外部中断源一一对应。

API链接：

• lpm_wfe_set_event()

2. 在SoC进入睡眠模式时，INT模块可以额外关闭指定的模块时钟，进一步节省睡眠模式下的场景功耗， 并在SoC从睡眠模式唤醒时，自动开启这些模块时钟。

   用户可以通过配置DEV_INT->CLKEN1寄存器，选择需要自动开关的模块。 包括 MEM/HST/DEV Bus、RAM、CACHE、NORC等，默认值情况下，这些模块的时钟在进入睡眠模式时保持开启。

API链接：

• lpm_wfe_keep_clock_off()

基于WFI的睡眠模式配置方法

1. 配置用于WFI唤醒的外设，包括该外设自身的中断使能（IE）。建议首先手动清除该外设的中断请求状态(Pending)。

2. 调用 eclic_irq_init() 配置ECLIC与该外设中断对应的通道，然后通过 eclic_irq_enable() 将该通道使能。

3. 调用 global_irq_enable()，开启全局中断使能。

4. 用户程序调用 lpm_wfi_enter() 进入睡眠模式。

5. SoC将在下次该外设中断触发时，退出睡眠模式，并首先执行该外设的中断服务函数（用户需要在中断服务函数中妥善清除外设自身的中断请求信号）， 然后回到 lpm_wfi_enter() 后续代码继续执行。

基于WFE的睡眠模式配置方法

1. 配置用于WFE唤醒的外设，包括该外设自身的中断使能（IE）。建议首先手动清除该外设的中断请求状态(Pending)。

2. 调用 lpm_wfe_set_event() 函数，使能DEV_INT->MASK0寄存器下与该外设事件对应的比特位，从而选择该外设作为WFE唤醒源。 SPV1x SDK中提供以下枚举定义用于配置该寄存器。

   typedef enum
   {
      Lpm_Wfe_Event_UART1        = (1ul<<0),  /* UART1 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_TIMER1       = (1ul<<1),  /* Timer1 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_CAPTURE1     = (1ul<<2),  /* Capture1 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_SPI1         = (1ul<<3),  /* SPI1 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_I2C0         = (1ul<<4),  /* I2C wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_PMU          = (1ul<<5),  /* PMU wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_DMA          = (1ul<<6),  /* DMA wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_GPIO         = (1ul<<7),  /* GPIO input wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_UART0        = (1ul<<8),  /* UART0 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_TIMER0       = (1ul<<9),  /* Timer0 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_CAPTURE0     = (1ul<<10), /* Capture0 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_SPI0         = (1ul<<11), /* SPI0 wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_PWM          = (1ul<<12), /* PWM wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_ADC          = (1ul<<13), /* ADC wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_DSM          = (1ul<<14), /* DSM wakeup event */
      Lpm_Wfe_Event_WDT          = (1ul<<15)  /* Watch Dog Timer wakeup event */
   } lpm_wfe_event_t;
   

3. 调用 lpm_wfe_keep_clock_off() 函数，通过配置DEV_INT->CLKEN1寄存器，指定SoC在进入睡眠模式时同步关闭的模块时钟。 SPV1x SDK中提供以下枚举定义用于该配置步骤。

   typedef enum {
     Lpm_Wfe_Keep_Default_Clocks_On =   DEV_INT_CLKEN1_SYS
                                       |DEV_INT_CLKEN1_DEV
                                       |DEV_INT_CLKEN1_MEM
                                       |DEV_INT_CLKEN1_NORC
                                       |DEV_INT_CLKEN1_CACHE
                                       |DEV_INT_CLKEN1_RAM1
                                       |DEV_INT_CLKEN1_HST,
     Lpm_Wfe_Keep_Minimum_Clocks_On =   DEV_INT_CLKEN1_SYS
                                       |DEV_INT_CLKEN1_DEV
   } lpm_wfe_clken_t;
   

   Lpm_Wfe_Keep_Default_Clocks_On 代表SDK推荐的保守休眠模式时钟策略：进入睡眠模式后同时关闭BROM和CPU单元时钟，其余时钟保持原有开关状态不变。 这种策略是稳健的时钟处置方案，建议在大多数场景中选用。

   Lpm_Wfe_Keep_Minimum_Clocks_On 代表SDK提供的激进休眠模式时钟策略：进入睡眠模式后仅保留WFE唤醒必需的系统时钟和DEV总线时钟，其余时钟均同步关闭。 这种策略需要SoC在睡眠模式期间不能进行外设的复杂活动（如Nor Flash读取，DMA传输，RAM访存），要以实际场景为出发点进行评估。

4. 用户程序调用 lpm_wfe_enter() 进入睡眠模式。

5. SoC将在下次该外设自身触发(IP)时，退出睡眠模式，继续执行wfe后的用户代码。

6. 用户需要提供强定义 lpm_wfe_wakeup_handler() 函数实现， 用于对产生唤醒信号（外设中断请求）的INT注册外设进行妥善处置，如清除当前存在的中断请求信号。 SPV1x SDK提供了一个弱定义函数作为参考模版，用户可以自行补齐不同外设中断唤醒后的处置流程。

   __WEAK void lpm_wfe_wakeup_handler(uint32_t wfe_status)
   {
     switch(wfe_status) {
       case Lpm_Wfe_Event_UART1:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_TIMER1:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_CAPTURE1:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_SPI1:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_I2C0:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_PMU:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_DMA:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_GPIO:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_UART0:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_TIMER0:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_CAPTURE0:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_SPI0:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_PWM:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_ADC:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_DSM:
         break;
       case Lpm_Wfe_Event_WDT:
         break;
       default:
         break;
     }
   }
   

API说明

enum lpm_wfe_event_t

WFE睡眠模式唤醒事件枚举定义。

• Lpm_Wfe_Event_UART1：UART1中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_TIMER1：TIMER1中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_CAPTURE1：CAPTURE1中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_SPI1：SPI1中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_I2C0：I2C0中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_PMU：PMU中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_DMA：DMA中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_GPIO：GPIO中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_UART0：UART0中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_TIMER0：TIMER0中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_CAPTURE0：CAPTURE0中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_SPI0：SPI0中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_PWM：PWM中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_ADC：ADC中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_DSM：DSM中断作为唤醒事件

• Lpm_Wfe_Event_WDT：WDT中断作为唤醒事件

enum lpm_wfe_clken_t

睡眠模式时钟策略枚举定义。

• Lpm_Wfe_Keep_Default_Clocks_On： 保守策略，大多数场景推荐使用。

• Lpm_Wfe_Keep_Minimum_Clocks_On： 最少时钟保留策略，需场景条件满足。

void lpm_wfi_enter()

进入低功耗睡眠模式，等待中断唤醒(WFI)。

返回

无

void lpm_wfe_set_event(lpm_wfe_event_t event)

配置睡眠模式下，可供唤醒的外设事件。

参数

• event – 提供唤醒功能的外设事件，通过枚举定义 lpm_wfe_event_t 选择。

返回

无

void lpm_wfe_keep_clock_off(lpm_wfe_clken_t setting)

配置睡眠模式下，可以同步关闭的模块时钟。

参数

• setting – 睡眠模式下，各个模块的时钟开关策略，通过枚举定义 lpm_wfe_clken_t 选择。

返回

无

void lpm_wfe_enter()

进入低功耗睡眠模式，等待事件唤醒(WFE)并完成唤醒后必要动作。

返回

无

void lpm_wfe_wakeup_handler(uint32_t wfe_status)

WFE睡眠模式唤醒后用户自定义处理函数，用户需要提供该函数的强定义版本，用于完成必要的操作，如清除唤醒事件的对应的中断请求信号。

参数

• wfe_status – 当前各个唤醒事件的触发情况，用户可以参考该函数的弱定义版本进行解析。

返回

无