功耗管理

更新时间：2024-07-30 03:09:46下载pdf

本文介绍蓝牙子设备的功耗管理功能。

功能概述

功耗概念

功率

P = W/t（定义式），单位：瓦特（W），表示做功快慢（消耗电能快慢）的物理量。

P = UI（计算式），所有电路里都可以用该公式计算。

1 度电 = 1kW·h = 1000W·3600s = 360 0000J，即功率为 1kW 的设备工作 1h 消耗的电能。

功耗

功率的损耗，有两种含义：

（1）指整机所需的电源功率，即输入功率，定义为单位时间的耗电量。

（2）功耗 = 输入功率 - 输出功率

蓝牙中常说的低功耗指的是第（1）种含义。

由上述的计算式（P = UI）可知，功耗由电压和电流两个因素决定，但是由于单片机系统中电源电压几乎是恒定的（3.3V），所以低功耗蓝牙中常常会把平均电流的大小当做平均功耗的大小。

影响因素

低功耗蓝牙设备的功耗由很多因素决定，其中常见的因素有以下几种：

广播间隔，20~10240ms（单位：0.625ms）。在其他条件相同的情况下，广播间隔越大，功耗越低。
连接间隔，7.5~4000ms（单位：1.25ms）。在其他条件相同的情况下，连接间隔越大，功耗越低。
发射功率，
- 蓝牙低功耗 4.0/4.1/4.2：-20dBm~10dBm（0.01mW~10mW）。
- 蓝牙低功耗 5/5.1：-20dBm~20dBm（0.01mW~100mW）。
- 在其他条件相同的情况下，发射功率越小，功耗越低。
主频，常见 6MHz，12MHz，16MHz，24MHz，48MHz 和 64MHz。在其他条件相同的情况下，主频越低，功耗越低。
32K 时钟源，在其他条件相同的情况下，外部低频晶振越精确，功耗越低。
电压，一般范围是 1.8V~3.6V。在其他条件相同的情况下，电压越低，功耗越低。
供电模式（DCDC、LDO）。在其他条件相同的情况下，DCDC 供电模式更省电。
广播数据长度，在其他条件相同的情况下，广播数据长度越短，功耗越低。
休眠唤醒时间，在其他条件相同的情况下，休眠唤醒时间越短，功耗越低。
芯片外设，不同芯片的外设多种多样，测量芯片功耗时尽可能排除外设功耗的影响。

除了上述芯片自身的参数外，低功耗蓝牙设备的功耗还可能受到环境因素的影响：

周围主机数量。
- 蓝牙主机设备（例如手机、网关）经常会处于扫描状态，而蓝牙从机设备（就是常说的低功耗蓝牙设备）会对主机的扫描进行响应，所以在其他条件相同的情况下，周围主机扫描的越频繁，蓝牙设备的功耗越高。
- 如果对功耗十分敏感，测量功耗的时候可以通过设置广播类型，避免蓝牙设备发出扫描响应包来临时规避这种情况，或者换一个环境来测量功耗。
测量仪器，考虑仪器的基底电流。

注意事项

调试低功耗蓝牙设备时，非常建议将设备接在功耗测试仪器上，实时观察设备的电流状态。功耗测试仪器可以显示设备的瞬时电流和一段时间的平均电流。

通过时域上的电流波形，才能对蓝牙设备的实际功耗有一个形象的认识，如下图所示：

数据结构

TUYA_BLE_BULKDATA_INFO_T

typedef VOID_T (*TUYA_PRE_SLEEP_CB)(VOID_T);

typedef VOID_T (*TUYA_POST_WAKEUP_CB)(VOID_T);

typedef struct {
    TUYA_PRE_SLEEP_CB pre_sleep_cb;
    TUYA_POST_WAKEUP_CB post_wakeup_cb;
} TUYA_SLEEP_CB_T;

pre_sleep_cb：进入低功耗前的处理接口。
post_wakeup_cb：从低功耗状态唤醒后的处理接口。

TUYA_BLE_BULKDATA_INFO_T

typedef struct {
    BOOL_T    flag;
    UINT8_T mode;
} test_enter_sleep_t;

flag：是否进入低功耗模式。0x00：未进入低功耗模式，0x01：已进入低功耗模式。
mode：低功耗模式。0x00：进入超低功耗模式（不带广播），0x01：进入低功耗模式（带广播）。

接口说明

注册回调

接口说明

注册休眠唤醒回调处理函数。

OPERATE_RET tal_cpu_sleep_callback_register(TUYA_SLEEP_CB_T *sleep_cb);

参数说明

参数	说明
sleep_cb	休眠唤醒回调接口： `pre_sleep_cb`：应用层休眠回调接口，休眠之前执行。 `post_wakeup_cb`：应用层唤醒回调接口，唤醒之后执行。

数据结构

typedef VOID_T (*TUYA_PRE_SLEEP_CB)(VOID_T);
typedef VOID_T (*TUYA_POST_WAKEUP_CB)(VOID_T);

typedef struct {
    TUYA_PRE_SLEEP_CB pre_sleep_cb;
    TUYA_POST_WAKEUP_CB post_wakeup_cb;
} TUYA_SLEEP_CB_T;

允许休眠

接口说明

允许休眠接口，允许设备在空闲状态时进入休眠。

调用该接口只是允许设备进入低功耗状态，但是如果有外设正在工作，则设备的实际电流并不会如预期降低。一般需要关闭当前正在使用的外设，才能使设备的实际电流降低。

VOID_T tal_cpu_allow_sleep(VOID_T);

强制唤醒

接口说明

强制唤醒接口，不允许设备进入休眠状态。

如果在进入休眠时关闭了相关的外设，需要在唤醒的时候重新初始化相关外设。

VOID_T tal_cpu_force_wakeup(VOID_T);

使用方法

代码开发

注册低功耗处理接口。

STATIC VOID_T tuya_pre_sleep_cb(VOID_T)
{
    // to do
}

STATIC VOID_T tuya_post_wakeup_cb(VOID_T)
{
    // to do
}

STATIC TUYA_SLEEP_CB_T tal_sleep_cb = {
    .pre_sleep_cb = tuya_pre_sleep_cb,
    .post_wakeup_cb = tuya_post_wakeup_cb,
};

OPERATE_RET tuya_init_last(VOID_T)
{
    …………
    
    tal_cpu_sleep_callback_register(&tal_sleep_cb);

    …………
    
    return OPRT_OK;
}

测试低功耗功能相关代码。

typedef struct {
    BOOL_T    flag;
    UINT8_T mode;
} test_enter_sleep_t;

typedef struct {
    test_enter_sleep_t enter_sleep;
} test_param_t;

STATIC test_param_t test_param = {0};

STATIC TIMER_ID sg_test_enter_sleep_timer_id = NULL;

TUYA_WEAK_ATTRIBUTE VOID_T tal_sdk_test_init(VOID_T)
{
    tal_sw_timer_create(tal_sdk_test_enter_sleep_handler, NULL, &sg_test_enter_sleep_timer_id);
    …………
}

TUYA_WEAK_ATTRIBUTE OPERATE_RET test_group_powermanger(UINT8_T cmd, UINT8_T *cmd_data, UINT32_T cmd_data_len, UINT8_T *p_rsp_data)
{
    TEST_GROUP_VARIABLE

    switch (cmd) {
        case TEST_CID_ENTER_SLEEP: {
            test_param.enter_sleep.mode = cmd_data[0];

            ret = tal_sw_timer_start(sg_test_enter_sleep_timer_id, 200, TAL_TIMER_ONCE);

            TEST_RSP
        } break;

        default: {
        } break;
    }

    return idx;
}