前言
目前， 越來越多的嵌入式產(chǎn)品在開發(fā)中使用 RTOS 作為軟件平臺， 同時，開發(fā)中對低功耗的要求也越來越高， 本文會討論一下如何在 RTOS 中處理微控制器的低功耗特性。
應(yīng)用中使用的 RTOS 一般采用基于時間片輪轉(zhuǎn)的搶占式任務(wù)調(diào)度機制，一般的低功耗設(shè)計思路如下：
當(dāng) Idle 任務(wù)運行時，進入低功耗模式；
在適當(dāng)?shù)臈l件下，通過中斷或者外部事件喚醒MCU。
但是， 從第二點可以看出，每次當(dāng) OS 系統(tǒng)定時器產(chǎn)生中斷時，也會將 MCU 從低功耗模式中喚醒，而頻繁的進入低功耗模式/從低功耗模式中喚醒會使得 MCU 無法進入深度睡眠，對低功耗設(shè)計而言也是不合理的。
在 FreeRTOS 中給出了一種低功耗設(shè)計模式 —— Tickless Idle Mode， 這個方法可以讓 MCU 更長的時間處于低功耗模式。
Tickless Idle Mode 的原理及實現(xiàn)
情景分析
上圖是任務(wù)調(diào)度示意圖，橫軸是時間軸， T1， T2， T3， T4 是 RTOS 的時間片基準(zhǔn)，有四個任務(wù)分別是 TaskA，TaskB，TaskC，TaskD：
Task A，周期性任務(wù)
Task B， 周期性任務(wù)
Task C，突發(fā)性任務(wù)
Task D，周期性任務(wù)
從圖中可以看出在四個任務(wù)進行調(diào)度之間，會有四次空閑期間（此時 RTOS 會調(diào)度 Idle 任務(wù)運行， 軟件設(shè)計的目標(biāo)應(yīng)該是盡可能使 MCU 在 Idle 任務(wù)運行時處于低功耗模式）。
1. Idle1
Idle 任務(wù)運行期間，會產(chǎn)生一次系統(tǒng)時鐘滴答，此時會喚醒 MCU，喚醒后 MCU 又會進入低功耗模式， 這次喚醒是無意義的。期望使 MCU 在 Idle1 期間一直處于低功耗模式， 因此適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)定時器中斷使得 T1 時不觸發(fā)系統(tǒng)時鐘中斷， 中斷觸發(fā)點設(shè)置為 Task B 到來時。
2. Idle2
Task C 在系統(tǒng)滴答到達前喚醒 MCU（外部事件），MCU 可以在 Idle2 中可以一直處于低功耗模式；
3.Idle3
與 Idle2 情況相同，但 Idle3 時間很短，如果這個時間很短，那么進入低功耗模式的意義并不大，因此在進入低功耗模式時軟件應(yīng)該添加策略；
4. Idle4
與 Idle1 情況相同。
Tickless Idle Mode 的軟件設(shè)計原理
Tickless Idle Mode 的設(shè)計思想在于盡可能地在 超低功耗MCU 空閑時使其進入低功耗模式。從上述情景中可以看出軟件設(shè)計需要解決的問題有：
合理地進入低功耗模式（避免頻繁使 MCU 在低功耗模式和運行模式下進行不必要的切換）；RTOS 的系統(tǒng)時鐘源于硬件的某個周期性定時器（Cortex-M 系列內(nèi)核多數(shù)采用 SysTick），RTOS 的任務(wù)調(diào)度器可以預(yù)期到下一個周期性任務(wù)（或者定時器任務(wù)） 的觸發(fā)時間，如上文所述，調(diào)整系統(tǒng)時鐘定時器中斷觸發(fā)時間，可以避免 RTOS 進入不必要的時間中斷，從而更長的時間停留在低功耗模式中，此時 RTOS 的時鐘不再是周期的而是動態(tài)的（在原有的時鐘基準(zhǔn)時將不再產(chǎn)生中斷，即 Tickless）。
當(dāng) 低功耗MCU 被喚醒時，通過某種方式為系統(tǒng)時鐘提供補償。MCU 可能被兩種情況所喚醒，動態(tài)調(diào)整過的系統(tǒng)時鐘中斷或者突發(fā)性的外部事件，無論是哪一種情況，都可以通過運行在低功耗模式下的某種定時器來計算出 MCU 處于低功耗模式下的時間，在 MCU 喚醒后對系統(tǒng)時間進行軟件補償；
軟件實現(xiàn)時，要根據(jù)具體的應(yīng)用情景和 MCU 低功耗特性來處理問題。尤其是 MCU 的低功耗特性，不同 MCU 處于不同的低功耗模式下所能使用的外設(shè)（主要是定時器） 是不同的， RTOS 的系統(tǒng)時鐘可以進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
Tickless Idle Mode 的實現(xiàn)
這里以 STM32F407 系列的 MCU 為例， 首先需要明確的是 MCU 的低功耗模式， F407 有 3 種低功耗模式：Sleep，Stop, Standby， 在 RTOS 平臺時， SRAM 和寄存器的數(shù)據(jù)不應(yīng)丟失， 此外需要一個定時器為 RTOS 提供系統(tǒng)時鐘， 這里選擇 Sleep 模式下進行實現(xiàn)。
1. 使能
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 1
2. 空閑任務(wù)（RTOS 空閑時自動調(diào)用）
3. 低功耗芯片模式處理（根據(jù) 超低功耗MCU的低功耗模式編寫代碼， 代碼有點長……）
