以华芯微特SWM341/SWM34S系列MCU芯片，介绍从软件层面降低MCU功耗的方法

一、引言

1. 背景介绍：随着集成电路技术的飞速发展，MCU的功耗问题逐渐成为设计和应用中必须考虑的关键因素。低功耗设计对于提高电路可靠性、降低成本以及延长电池寿命具有至关重要的作用。

2. 目的和意义：本文档主要是以华芯微特SWM341/SWM34S系列芯片，介绍从软件层面降低MCU功耗的方法分享。

二、功耗影响因素

 功耗影响因素：供电电压、时钟频率、外设数目以及运行模式等

三、降低功耗方法

1. 控制子模块电路电源：

可以通过GPIO对采样电源进行控制，如SDRAM在不使用时，可以断开SDRAM电源降低功耗。

2. 控制内部外设：

把不需要使用的外设时钟全部关闭，需要时开启。例如，在固件分debug和release版本时，release版本屏蔽串口调试输出，关闭串口时钟。

3. 控制时钟频率：

时钟频率是影响功耗的关键因素，同等时间内，时钟越快，功耗越高。

根据实际工作情况调整时钟频率，如低速工作时适当降低CPU的时钟频率。

4. 控制IO状态：

未用到和悬空的IO，配置为高阻态或模拟输入。凡是对接其他子模块电路的IO需要关注子模块的IO状态进行对应调整，避免存在电压差。

5. 降低唤醒频率：

如通过SPI读取子模块的数据时，可开启子模块的FIFO，由轮询读取改为中断触发读取，提高MCU休眠时间，读取数据更高效。

6. 深层待机模式：

CPU内核及所有时钟源关闭，关闭RAM及LDO等所有外围电路的电源，仅IO管脚（或部分IO管脚）持续供电。

由IO管脚或重置(Reset)管脚唤醒CPU，这种模式具有更低的静态电流，但RAM的数据会丢失。

7. 优化程序代码：

通过优化程序代码，减少不必要的功耗和数据传输。

例如，减少CPU的唤醒次数、降低数据传输的频率和数据量。

四、低功耗应用案例---SWM34SME

SWM341系列有SLEEP和STOP两种低功耗模式。SLEEP模式下，所有外设关闭，Core工作在32KHz，SRAM和FLASH不掉电。STOP模式除BACKUP寄存器外，所有模块停止工作。以GPIO唤醒睡眠为例：

l SWM34SME的SDRAM电源可硬件设计为GPIO控制，先关闭SDRAM电源，减少SDRAM静态功耗。其它系列SWM34S的SDRAM电源会SDRAM相关的IO设置成浮空模式，防止IO漏电。

l 关闭所有外设，其中USB模块需要格外关注，USB PHY供电的情况下会有3mA左右的电流消耗，需要手动关闭，USB工作时钟为外部12MH晶振，关闭之前，需要打开外部12M，关闭后加一点延时，关闭完成后关闭外部晶振。

l 主时钟切换到内部20MHz。

l l 设置任一GPIO唤醒。

l l l 配置进入低功耗模式。

SLEEP模式下，Core时钟自动切换到32KHz，Core此时是工作的，SDRAM没有掉电

STOP模式下，除BACKUP有电之外，包括核在内的其它模块都不工作。

SLEEP模式：

int main(void)

{

uint32_t  i;

for(i = 0; i < SystemCoreClock; i++) __NOP(); //防止无法更新程序

SystemInit();

//打开外部12MHz，外部晶振为USB的工作时钟源，关闭USB  PHY之前需要打开

PORT_Init(PORTA, PIN3, PORTA_PIN3_XTAL_IN,  0);

PORT_Init(PORTA, PIN4, PORTA_PIN4_XTAL_OUT, 0);

SYS->XTALCR |= (1 << SYS_XTALCR_ON_Pos) | (15 << SYS_XTALCR_DRV_Pos) | (1 << SYS_XTALCR_DET_Pos);

//等待外振起振

SysTick_Delayus(6000);

TurnOffUSBPower();

//等待USB关闭

SysTick_Delayus(10000);

GPIO_CLR();//设置所有GPIO为浮空状态

SYS->LRCCR |= (1 << SYS_LRCCR_ON_Pos);   //开启32K低频振荡器

//开启PN10引脚低电平唤

GPIO_Init(GPIOA, PIN10, 0, 1, 0, 0);    

SYS->PAWKEN |= (1 << PIN10);

while(1==1)

{

__disable_irq();       

switchTo20MHz();   //休眠前，切换到 20MHz

    SYS->PLLCR|=(1<< SYS_PLLCR_OFF_Pos);//关闭PLL

SYS->XTALCR=0;     //关闭外部时钟

SYS->PAWKSR = (1 << PIN10);     //清除唤醒标志

SYS->SLEEP |= (1 << SYS_SLEEP_SLEEP_Pos); //进入睡眠模式

while((SYS->PAWKSR & (1 << PIN10)) == 0); //等待唤醒条件

switchToPLL(0);  //唤醒后，切换到 PLL

__enable_irq();    

//切换到 PLL等待一下，看功耗变化

for(i = 0; i < SystemCoreClock/20; i++) __NOP();

   }

}

 STOP模式：

int main(void)

{

uint32_t i;

//调试阶段建议加延时，防止配置有误造成的死机

for(i=0; i<systemcoreclock; i++)<="" span="">       

{

__NOP();

}

SystemInit();

//打开外部12MHz，外部晶振为USB的工作时钟源，关闭USB  PHY 之前需要打开

PORT_Init(PORTA, PIN3, PORTA_PIN3_XTAL_IN,  0);

PORT_Init(PORTA, PIN4, PORTA_PIN4_XTAL_OUT, 0);

SYS->XTALCR |= (1 << SYS_XTALCR_ON_Pos) | (15 << SYS_XTALCR_DRV_Pos) | (1 << SYS_XTALCR_DET_Pos);

//等待外振起振

SysTick_Delayus(6000);

TurnOffUSBPower();

//等待USB关闭

SysTick_Delayus(10000);

//BACKUP寄存器值不会唤醒复位

SYS->BACKUP[0] += 1;

GPIO_CLR();//设置所有GPIO为浮空状态

//开启PA10引脚低电平唤醒

GPIO_Init(GPIOA, PIN10, 0, 1, 0, 0);    

SYS->PAWKEN |= (1 << PIN10);  

while(1==1)

{

for(i = 0; i < SystemCoreClock/4; i++) __NOP();

switchTo20MHz(); //休眠前，切换到 20MHz

    SYS->PLLCR|=(1<< SYS_PLLCR_OFF_Pos);//关闭PLL

SYS->PAWKSR = (1 << PIN10);     //清除唤醒标志

SYS->SLEEP |= (1 << SYS_SLEEP_STOP_Pos); //进入STOP模式

    }

}

void TurnOffUSBPower(void)

{

SYS->USBCR |= 0x07;

SYS->CLKEN0 |= (0x01 << 24);

USBD->DEVCR = (USBD_SPEED_FS << USBD_DEVCR_SPEED_Pos);

USBH->PORTSR |=(1<<2);

SYS->USBPHYCR &= ~SYS_USBPHYCR_PLLEN_Msk;

SYS->USBPHYCR &= ~SYS_USBPHYCR_OPMODE_Msk;

SYS->USBPHYCR |= ( 1 << SYS_USBPHYCR_OPMODE_Pos);

}

void GPIO_CLR(void)

{

//配置所有GPIO为浮空状态

PORT_Init(PORTA,  0,  0,  0);

//…….

PORT_Init(PORTN,  15 ,  0,  0);

}

注释：以上两种低功耗模式，工作在3.3V电压下，系统时钟选择PLL100MHz，PLL时钟源为内部20MHz，条件下测试，SLEEP模式下，功耗小600μA，STOP模式，功耗小于500μA。