适用于 ARM Cortex-M 的低功耗 RTOS

为 ARM Cortex-M 微控制器节省功耗 [另请参阅 SAM4L、RX100 和 STM32L MCU 上的 Tickless 演示] 本页对主要的低功耗 tickless 空闲页面进行扩充，补充了 使用 ARM Cortex-M FreeRTOS 移植的微控制器的相关信息。 本页面包含：

• 当 SysTick 频率不等于核心频率时，定义 SysTick 频率
• 从 SysTick 以外的时钟生成 tick 中断
• 使用微控制器特定的低功耗功能
• 示例配置

 

当 SysTick 频率不等于核心频率时，定义 SysTick 频率

默认情况下，FreeRTOS ARM Cortex-M 移植使用 24 位 SysTick 定时器生成 tick 中断。  

当 SysTick 以核心速度计时时……

大多数 ARM Cortex-M 微控制器以与 ARM Cortex-M 核心相同的频率 对 SysTick 定时器进行计时。在这种情况下，高时钟速度 和 24 位分辨率的结合会导致 可实现的最大 tickless 周期严重受限。要实现 非常高的省电收益，有必要用一个使用替代时间源的实现 来覆盖内置的 tickless 空闲实现。 如果 SysTick 定时器的频率等于核心频率，那么必须将 configSYSTICK_CLOCK_HZ 定义为等于 FreeRTOSConfig.h 中的 configCPU_CLOCK_HZ。或者， 可以干脆省略 configSYSTICK_CLOCK_HZ 的定义，在这种情况下， 它将默认为等于 configCPU_CLOCK_HZ。  

当 SysTick 以低于核心速度的速度计时时……

当 SysTick 定时器的频率低于核心的频率时， 可以实现的最大 tickless 周期会大幅增加。 如果 SysTick 定时器频率不等于核心频率，则 configSYSTICK_CLOCK_HZ 必须在 FreeRTOSConfig.h 中定义为等于 SysTick 频率（以赫兹为单位）。  

从 SysTick 以外的时钟生成 tick 中断

7.3.0 之前的 FreeRTOS 版本总是从 SysTick 定时器生成 tick 中断。从 FreeRTOS 7.3.0 版开始， 应用程序编写者可以选择提供自己的 tick 中断源。应用程序编写者 可能想这样做，以延长可实现的最大 tickless 周期， 或者从一个在微控制器处于深度睡眠模式时保持活动的定时器中 生成 tick 中断。 要定义备用定时器源，请执行以下操作：

1. 设置定时器中断 定义一个函数来配置定时器以生成周期性中断。 该函数必须具有以下名称和原型：

   void vPortSetupTimerInterrupt( void );
   

   中断的频率必须等于 configTICK_RATE_HZ 的值 （在 FreeRTOSConfig.h 中定义）。
2. 安装中断服务程序 FreeRTOS tick 中断处理程序被称为 xPortSysTickHandler()。 必须将 xPortSysTickHandler() 安装为 定时器的处理程序，该定时器由应用程序定义的 vPortSetupTimerInterrupt() 函数配置。
3. 确保不使用 CMSIS 名称 一些 FreeRTOS 演示应用程序会将 FreeRTOS tick 中断处理程序的名称映射到 默认的 CMSIS SysTick 处理程序名称，即 SysTick_Handler()。这是 通过在 FreeRTOSConfig.h 中包括以下行来实现的：

   #define xPortSysTickHandler SysTick_Handler
   

   如果 tick 中断是由 SysTick 以外的定时器生成的， 则不能这样做。 一些由第三方发布的 FreeRTOS 软件包更进一步， 在 FreeRTOS port.c 源文件中将 xPortSysTickHandler() 实际重命名为 SysTick_Handler()。在这种情况下， 那么 FreeRTOSConfig.h 中的 #define 就可以用来扭转这种变化， 如下所示：

   #define SysTick_Handler xPortSysTickHandler
   

   在任何情况下，如果 SysTick 定时器不是中断源，都必须确保不要将 FreeRTOS 的 tick 中断 处理程序安装为 SysTick 处理程序 。

 

使用微控制器特定的低功耗功能

内置的 tickless 空闲实现使用 WFI（等待中断）指令，在停止 tick 中断后暂停执行。以下 两个钩子宏允许在 WFI 指令的任何一侧插入应用程序特定的节能代码， 实际上是用应用程序特定的替代指令替换 WFI：

1. configPRE_SLEEP_PROCESSING( xExpectedIdleTime ) configPRE_SLEEP_PROCESSING() 在即将执行 WFI 指令之前执行。它可以用于关闭外设时钟，并激活 任何微控制器特定的低功耗功能。传递预计的空闲时间（以 tick 为单位）作为唯一参数， 可通过宏的实现进行修改。如果实现将 xExpectedIdleTime 设置为 0，则不会调用 WFI。这使得 宏的实现可以覆盖默认的睡眠模式。将 xExpectedIdleTime 设置为 0 以外的任何值都是危险的！
2. configPOST_SLEEP_PROCESSING( xExpectedIdleTime ) configPOST_SLEEP_PROCESSING() 在微控制器离开低功率状态后 立即执行。它可以用来逆转 configPRE_SLEEP_PROCESSING() 的动作，这样做 可以使微控制器恢复到全面运转状态。传递预计的空闲时间（以 tick 为单位）作为唯一参数， 可通过宏的实现进行修改。应只能由完全了解内置 ARM Cortex-M 低功率实现 （通过查看源代码注释）的专家用户， 来尝试修改微控制器离开低功率状态后 的预计空闲时间。

configPRE_SLEEP_PROCESSING 和 configPOST_SLEEP_PROCESSING() 可在 FreeRTOSConfig.h 中定义。  

示例配置

当 SysTick 频率等于核心频率时，使用内置的 tickless 空闲实现

1. 在 FreeRTOSConfig.h 中将 configUSE_TICKLESS_IDLE 设置为 1

 

当 SysTick 频率不等于核心频率时，使用内置的 tickless 空闲实现

1. 在 FreeRTOSConfig.h 中将 configUSE_TICKLESS_IDLE 设置为 1
2. 将 configSYSTICK_CLOCK_HZ 设置为等于 SysTick 时钟频率（以赫兹为单位）。

 

当使用 SysTick 以外的时钟来生成 tick 中断时，使用内置的 tickless 空闲实现

这不是一个有效的配置。  

使用 SysTick 以外的时钟生成 tick 中断

1. 在 FreeRTOSConfig.h 中将 configUSE_TICKLESS_IDLE 设置为 2。
2. 提供 vPortSetupTimerInterrupt() 的实现， 以 configTICK_RATE_HZ FreeRTOSConfig.h 常量指定的频率生成一个中断。
3. 安装 xPortSysTickHandler() 作为定时器中断的处理程序， 并确保 xPortSysTickHandler() 没有被映射到 FreeRTOSConfig.h 中的 SysTick_Handler()，或在 port.c 中被重命名为 SysTick_Handler()。
4. 按照 tickless 空闲文档 页面所述定义 portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()。

或者，这也可以通过覆盖弱定义的 vPortSetupTimerInterrupt() 和 vPortSuppressTicksAndSleep() 来实现。在这种情况下，configUSE_TICKLESS_IDLE 设置为 1。用户需要提供 vPortSetupTimerInterrupt() 和 vPortSuppressTicksAndSleep() 的匹配实现。并且函数定义不应有弱属性。用户还需要安装 xPortSysTickHandler()，如上所述。