ESP32 是設計用來應對移動設備、可穿戴電子設備和物聯網(IoT)芯片,作為一款超低功耗芯片,具有許多特定,比如精細的時鐘門控、節能模式和動態電壓調整等。
在使用超低功耗的IoT傳感器Hub應用時,ESP32只有在某些特定情況下才會被周期性喚醒,能夠極大地降低消耗。通過調整射頻放大器的輸出功率,還能實現通信距離、數據傳輸速度和功耗的最佳平衡。
ESP32先進的電源管理技術,可以在不同的功耗模式之間切換,樂鑫目前的ESP系列芯片都支持三種低功耗模式:
Modem-sleep 模式:CPU 可運行,時鐘頻率可配置。Wi-Fi 及 Bluetooth LE 的基帶和射頻關閉, 但 Wi-Fi 或 Bluetooth LE 可保持連接。
Light-sleep 模式:CPU 暫停運行。任何喚醒事件(MAC、主機、RTC 定時器或外部中斷)都會喚 醒芯片。Wi-Fi 或 Bluetooth LE 可保持連接。
Deep-sleep 模式:CPU 和大部分外設都會掉電,只有 RTC 存儲器處于工作狀態。Wi-Fi 連接數據 存儲在 RTC 中。RTC 時鐘定時器或RTC GPIO 可以將芯片從 Deep-sleep 模式中喚醒。
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不同模式下的ESP32功能框圖
其中在 Modem-sleep 模式和 Light-sleep 模式下WiFi、藍牙可以保持連接(詳細功耗數據可以參考規格書)以ESP32為例,功耗可以參考下表
Light-sleep 模式下保持連接
硬件準備
ESP32/ESP32C3/ESP32S3系列模組既支持外置 32.768 kHz 的時鐘振蕩器作為 RTC 睡眠時鐘,也支持外 部激勵信號(如有源晶振)作為 RTC 睡眠時鐘。外置 32.768 kHz 晶振的電路如下圖所示:
32.768 kHz 晶振選擇要求:
等效內阻 (ESR) ? 70 K?。
兩端負載電容值根據晶振的規格要求進行配置。
并聯電阻 R18 用于偏置晶振電路,電阻值要求 5 M? < R18 ? 10 M?。
ESP32-D0WD-V3 外接 32.768 kHz 晶振時,并聯的電阻必須上件;ESP32 系列其他芯片建議預留。
軟件配置
編譯時可使用CONFIG_PM_ENABLE選項啟用電源管理功能。
啟用電源管理功能將會增加中斷延遲。額外延遲與多個因素有關,例如:CPU頻率、單/雙核模式、是否需要進行頻率切換等。CPU 頻率為 240 MHz 且未啟用頻率調節時,最小額外延遲為0.2 us;如果啟用頻率調節,且在中斷入口將頻率由40 MHz 調節至 80 MHz,則最大額外延遲為 40 us。
通過調用 esp_pm_configure()函數可以在應用程序中啟用動態調頻(DFS) 功能和自動Light-sleep 模式。此函數的參數 esp_pm_config_t 定義了頻率調節的相關設置。在此參數結構中,需要初始化以下三個字段:
Max_freq_mhz:最大CPU 頻率 (MHz),即獲取 ESP_PM_CPU_FREQ_MAX 鎖后所使用的頻率。該字段通常設置為 CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ。
Min_freq_mhz:最小CPU 頻率 (MHz),即僅獲取 ESP_PM_APB_FREQ_MAX 鎖后所使用的頻率。該字段可設置為晶振 (XTAL) 頻率值,或者 XTAL 頻率值除以整數。注意,10 MHz 是生成 1 MHz 的 REF_TICK 默認時鐘所需的最小頻率。
Light_sleep_enable:沒有獲取任何管理鎖時,決定系統是否需要自動進入Light-sleep 狀態 (true/false)。
如果在menuconfig中啟用了CONFIG_PM_DFS_INIT_AUTO選項,最大 CPU 頻率將由CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ設置決定,最小 CPU 頻率將鎖定為 XTAL 頻率。
需要注意的是:
自動 Light-sleep 模式基于FreeRTOS Tickless Idle功能,因此如果在menuconfig 4中沒有啟用CONFIG_FREERTOS_USE_TICKLESS_IDLE選項,在請求自動 Light-sleep 時,esp_pm_configure()將會返回 ESP_ERR_NOT_SUPPORTED錯誤。Light-sleep 狀態下,外設設有時鐘門控,不會產生來自GPIO 和內部外設的中斷。睡眠模式文檔中所提到的喚醒源可用于從 Light-sleep 狀態觸發喚醒。
Menuconfig配置
藍牙還需要配置 Modem-sleep 相關配置
具體可以參考ESP-IDF下的 power_save 例程
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