ESP32低功耗模式

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我是靠谱客的博主隐形向日葵，最近开发中收集的这篇文章主要介绍ESP32低功耗模式，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

低功耗模式

ESP32可以进入light-sleep和deep-sleep模式，还能进入一个用于相对较低功耗运行的modem-sleep模式

注意：进入低功耗模式前，应用程序必须关闭wifi和蓝牙设备，如果需要维持wifi连接，应当使用modem-sleep模式，在这个模式下当需要wifi驱动执行时系统会自动唤醒来维持wifi连接

light-sleep

CPU暂停运行，wifi/蓝牙基带和射频关闭。RTC、ULP运行，任何唤醒事件都会唤醒芯片

在light-sleep模式下，数字外设、大部分内存和CPU都会被停用（停用时钟），电源功耗也会降低，从light-sleep模式下唤醒后外设和CPU会接回时钟源并继续工作，他们的外部状态会被保存

这个模式可以理解为电脑的挂起休眠

deep-sleep

CPU、大部分外设掉电，wifi/蓝牙基带和射频关闭，进有RTC、ULP运行，wifi和蓝牙连接数据被转移到RTC内存中。仅有一部分中断源会唤醒芯片

deep-sleep模式下，由APB_CLK时钟提供是时钟源的CPU、大部分内存和所有数字外设都会掉电；只有片上RTC控制器、RTC外设、ULP和RTC内存会被保留电源

这个模式可以理解为电脑的断电休眠

Deep-sleep模式下支持从以下唤醒源触发的设备唤醒

定时器
touchpad
Ext(0)：RTC IO中某个指定GPIO满足指定电平即唤醒
Ext(1)：RTC IO中某些指定GPIO同时满足指定电平才能唤醒
ULP协处理器
睡眠唤醒源可以在进入light-sleep或deep-sleep之前的任何时间设置

特别地，应用程序可以调用esp_sleep_pd_config()函数来让RTC外设和RTC内存掉电

设置好中断源后可以使用esp_light_sleep_start()和esp_deep_sleep_start()来进入睡眠模式

中断源
使用esp_sleep_disable_wakeup_source()来停用某个已经设置的中断源

设置中断源的方法如下

定时器
RTC控制器自带一个能够在预定义时间后进行唤醒的定时器

这个换新模式不需要在睡眠期间为RTC外设或RTC内存上电

使用esp_sleep_enable_timer_wakeup()使能这个功能

触摸检测
RTC IO模块包括了一套触摸传感器中断触发唤醒的逻辑，需要在MCU进入睡眠之前配置好触摸中断唤醒

只有在RTC外设没有被强行上电的时候才能使用这个唤醒模式

使用esp_sleep_enable_touchpad_wakeup()函数来使能这个中断源

特定外部引脚
RTC IO模块包括了一套GPIO触发唤醒的逻辑。如果这个中断源被使能，RTC外设需要保持上电状态。因为RTC IO模组在这个模式中被使能，中断上拉或下拉电阻也会被使用到，它们需要通过rtc_gpio_pullup_en()和rtc_gpio_pulldown_en()函数设置

调用esp_sleep_enable_ext0_wakeup()函数来使能这个中断源

此外，也可以使用多个GPIO同时触发唤醒

配置API如下

esp_sleep_pd_config(ESP_PD_DOMAIN_RTC_PERIPH, ESP_PD_OPTION_ON);//开启特定GPIO唤醒
gpio_pullup_dis(gpio_num);//配置gpio_num为上拉
gpio_pulldown_en(gpio_num);//配置gpio_num为下拉
rtc_gpio_isolate(gpio_num);//配置gpio_num为高阻态

rtc_gpio_deinit(gpio_num);//使用这个函数来取消配置引脚

rtc_gpio_isolate()可以用于防止进入休眠后由GPIO产生的额外功耗

ULP协处理器
可以使用esp_sleep_enable_ulp_wakeup()来启用ULP协处理器指令唤醒

GPIO
除了特定的外部引脚触发唤醒，还可以在light-sleep下使用gpio_wakeup_enable()来设定任意GPIO的高/低电平触发唤醒

在进入睡眠模式之前使用esp_sleep_enable_gio_wakeup()来使能该唤醒源

UART
在light-sleep下可以使用esp_sleep_enable_uart_wakeup()来启用UART触发唤醒

若开启该触发源，当睡眠状态的ESP32收到来自外部设备的UART输入的数个上升沿时，会自动唤醒，该上升沿数目可以用uart_set_wakeup_threshold()函数配置；在这个触发信号被接收之前，所有信息不会被接收——这就意味着外部设备需要发送额外的字符给ESP32来让它唤醒

modem-sleep
CPU运行、可配置时钟，wifi/蓝牙基带和射频关闭，但会维持wifi连接
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1.ESP32 系列芯片提供三种可配置的睡眠模式，针对这些睡眠模式,我们提供了了多种低功耗解决方案，用户可以结合具体需求选择睡眠模式并进行配置。三种睡眠模式如下:

Modem-sleep 模式：CPU 可运行，时钟可被配置。Wi-Fi/蓝牙基带和射频关闭。
Light-sleep 模式：CPU 暂停运行，Wi-Fi/蓝牙基带和射频关闭。RTC 存储器和外设以及 ULP 协处理器运行。任何唤醒事件(MAC、主机、RTC 定时器或外部中断)都会唤醒芯片。
Deep-sleep 模式：CPU 和大部分外设都会掉电，Wi-Fi/蓝牙基带和射频关闭，只有 RTC 存储器和 RTC 外设以及 ULP 协处理器可以工作。Wi-Fi 和蓝牙连接数据存储在 RTC 中。

三种模式的区别如下：

2.Modem-sleep 模式

目前 ESP32 的 Modem-sleep 仅工作在 Station 模式下,连接路由器后生效。Station 会周期性在工作状态和睡眠状态两者之间切换。
ESP32 通过 Wi-Fi 的 DTIM Beacon 机制与路由器保持连接。在 Modem-sleep 模式下，系统可以自动被唤醒，无需配置唤醒源。一般路由器的 DTIM Beacon 间隔为 100 ms ~ 1,000 ms。
DTIM (Delivery Traffic Indication Message): 使用无线路由器时无线发送数据包的频率。
在 Modem-sleep 模式下，ESP32 会在两次 DTIM Beacon 间隔时间内，关闭 Wi-Fi 模块电路，达到省电效果，在下次 Beacon 到来前自动唤醒。睡眠时间由路由器的 DTIM Beacon 时间决定。Modem-sleep 模式可以保持与路由器的 Wi-Fi 连接，并通过路由器接收来自手机或者服务器的交互信息。
Modem-sleep 一般用于 CPU 持续处于工作状态并需要保持 Wi-Fi 连接的应用场景，例如，使用 ESP32 本地语音唤醒功能，CPU 需要持续采集和处理音频数据。

3.Light-sleep 模式

Light-sleep 的工作模式与 Modem-sleep 相似，不同的是，除了关闭 Wi-Fi 模块电路以外，在 Light-sleep 模式下，还会关闭时钟并暂停内部 CPU，比 Modem-sleep 功耗更低。有两种方式使 CPU 进入 Light-sleep 模式：

强制 Light-sleep：通过调用 API 强制 CPU 进入 Light-sleep 模式，强制进入 Light-sleep 模式后，不能通过路由器接收来自手机或者服务器的交互信息。强制 Light-sleep 模式可用于需要保持与路由器的连接，不需要实时响应路由器发来的数据的场景。
自动 Light-sleep： 配置为自动休眠方式后，会在 CPU 处于空闲的状态下自动进入 Light-sleep 模式，能通过路由器接收来自手机或者服务器的交互信息。通常自动 Light-sleep 会与 Modem-sleep 模式以及电源管理功能共同使用，电源管理功能允许系统根据 CPU 负载动态调节 CPU 频率以降低功耗。若系统应用中有小于 DTIM Beacon 间隔时间的循环定时,系统将不能进入 Light-sleep 模式。
自动 Light-sleep 模式可用于需要保持与路由器的连接，可以实时响应路由器发来的数据的场景。并且在未接收到命令时，CPU 可以处于空闲状态，比如 Wi-Fi 开关的应用，大部分时间 CPU 都是空闲的，直到收到控制命令，CPU 才需要进行 GPIO 的操作。

4.Deep-sleep 模式

相对于其他两种模式，系统无法自动进入 Deep-sleep，需要由用户调用接口函数 esp_deep_sleep_start() 进入 Deep-sleep 模式。在该模式下，芯片会断开所有 Wi-Fi 连接与数据连接，进入 Deep-sleep 模式，只有 RTC 存储器和 RTC 外设以及 ULP 协处理器可以工作。从 Deep-sleep 唤醒后，CPU 将软件复位重启。

Deep-sleep 可以用于低功耗的传感器应用,或者大部分时间都不需要进行数据传输的情况。设备可以每隔一段时间从 Deep-sleep 状态醒来测量数据并上传,之后继续进入 Deep-sleep。也可以将多个数据存储于 RTC memory(RTC memory 在 Deep-sleep 模式下仍然可以保存数据),然后一次发送出去。