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1. 低功耗概述

总体来说，Cortex-M0处理器包含以下低功耗特性：

• 两个架构相关的休眠模式：普通休眠和深度休眠。

• 两个指令用于进入休眠模式：WFE（等待事件）和WFI（等待中断）。这两个指令都可用于普通休眠和深度休眠。

• 退出休眠特性（从异常退出）：使得中断驱动的应用程序可以尽可能地处于休眠模式。

• 可选的唤醒中断控制器（WIC）：应用这种特性，处理器处于深度休眠时，其时钟完全关闭。

2. 休眠模式

Cortex-M0具有两种休眠模式：

• 普通休眠

• 深度休眠

一般来说，可以通过以下方法来降低休眠时的功耗：

• 停止部分或所有的时钟信号；

• 降低微控制器某些部分的时钟频率；

• 降低微控制器各部分的电压；

• 关掉微控制器某些部分电源；

可以通过下面三种方法进入休眠模

• 执行WFE指令

• 执行WFI指令

• 利用退出休眠特性

进入普通休眠模式还是深度休眠模式，由SLEEPDEEP控制位决定。该位位于系统控制块（SCB）区域中的系统控制寄存器（SCR），寄存器中还包括了Cortex-M0的低功耗特性的控制位。使用CMSIS操作，可使用寄存器 “SCB->SCR”来访问。关于SCB的介绍，参考章节 1.7 系统异常控制寄存器

使用CMSIS，可以按照 “SCB -> SCR” 的方式来访问系统控制寄存器。例如：

SCB -> SCR |= 1<<2;  // 使能深度休眠特性

不同休眠模式以及不同休眠操作产生多种组合，如下：

3. 等待事件（WFE）和等待中断（WFI）

Cortex-M0处理器进入休眠模式，可以使用两条指令：WFE 和 WFI。WFE可以被中断请求以及事件唤醒，而WFI则只能被中断请求和调试请求唤醒。

使用CMSIS，对应的内置函数，如下：

3.1 等待事件（WFE）

当使用WFE进入休眠以后，可以通过以下的中断或事件来唤醒：

• 新挂起的中断（仅当系统控制寄存器中的SEVONPEND置位时有效）；

• 外部事件请求；

• 调试事件；

Cortex-M0处理器内部有一个事件寄存器，并且只有一位有效。处理器在运行中并且有事件发生时，寄存器置1，并且该信息将保存到处理器执行WFE指令。可以通过以下任何事件来置位事件寄存器：

• 产生了需要服务的中断请求；

• 异常进入和异常退出；

• 不管中断是否允许，有新的挂起中断（仅当系统控制寄存器中的SEVONPEND置位时有效）；

• 发送事件（SEV）指令执行；

• 调试事件。

在处理器唤醒后发生的多个事件会被当成一个事件。

如上图，当处于WFE状态的处理器被事件寄存器中存储的事件唤醒后，寄存器就会被清零。

如果在执行WFE指令时，事件寄存器已经置位，则事件寄存器会被清零，WFE指令也会马上结束，并且处理器不会进入休眠。

如果执行WFE指令时事件寄存器没有置位，则处理器会进入休眠，下一个事件将唤醒处理器，并且事件寄存器会保存清零状态。

如上图，在轮询循环中，WFE可以用于降低功耗。例如，若外设能够产生适用于WFE的事件，则处理器就可以在外设的任务完成后唤醒。由于处理器可以被不同的事件唤醒，所有处理器被唤醒后，也应该检查任务是否已经完成。

如果SCR中的SEVONPEND置位，任何挂起的中断都会产生事件并且唤醒处理器。如果执行WFE时中断已经处于挂起状态，则同一中断的新的请求不会产生事件，并且处理器也不会被唤醒。

3.2 等待中断（WFI）

WFI指令可以被以下方式唤醒：调试请求，或比当前优先级高的中断请求。

WFI操作还有一个特殊用途，也就是在WFI休眠期间，如果PRIMASK屏蔽了某中断该中断的优先级大于当前优先级，那么该中断仍然可以唤醒处理器，只有在PRIMASK清除之前，处理器不会执行该中断处理。

有了这种特性，就可以关闭微控制器的某些部分（如外设总线时钟），而唤醒后执行中断服务程序之前再将它们打开。

3.3 唤醒条件

当处理器利用退出休眠（sleep-on-exit）特性或者执行WFI指令进入休眠之后，就会停止指令执行，并且当发生了中断请求（更高优先级）并且需要处理时，处理器就会唤醒。

如果处理器在异常处理中进入了休眠，并且新产生的中断的优先级与当前相等或者更低，那么处理器将不会被唤醒，并且保持在挂起状态。

处理器也可以通过复位或者调试器的暂停请求唤醒。

在执行WFE指令时，处理器的动作取决于事件锁存的当前状态：

• 如果事件锁存置位，那么WFE指令完成，它将会被清零，并且处理器不会进入休眠；

• 如果事件锁存清零，那么处理器会在事件发生前保持在休眠状态；

此处的事件，指以下任何一个：

• 待处理的中断请求；

• 进入或退出中断处理；

• 暂停调试请求；

• 片上硬件的外部信号（设备相关）

• SEVONPEND置位并且产生了新的挂起中断；

• 执行SEV（发送事件）指令；

处理器内的事件锁存可以保持过去发生的事件的状态，以前的事件也可以将处理器从WFE指令唤醒。因此，WFE一般用于空循环或者轮询循环，它能够让处理器进入休眠是不确定的。

WFE和WFI指令的唤醒条件，如下：

WFI和WFE唤醒条件比对，如下：

这里有个问题，为什么在PRIMASK置位时，处理器不能执行中断服务程序却可以被唤醒？

如上，根据这种特性，处理器可以在执行中断服务程序前进行系统管理任务（例如，恢复外设的时钟）。

4. 退出休眠（sleep-on-exit）特性

退出休眠（sleep-on-exit）是Cortex-M0处理器低功耗特性之一，当其被使能时，如果处理器从异常处理器中退出时没有其他异常等待执行，则自动进入等待中断的休眠模式。

退出休眠特性非常适合中断驱动的应用程序。当该特性使能时，只要完成了异常处理并且返回了线程模式，处理器就会进入休眠模式，而从一个异常处理返回到另外一个异常处理则不会引发处理器休眠（即嵌套中断）。利用退出休眠特性，处理器可以尽可能多处于休眠模式。

处理器的运行情况如下：

退出休眠特性通过以下两点来降低系统功耗：

• 中断驱动的应用无需执行线程中不必要的程序；

• 减少了两次中断之间不必要的压栈和出栈操作；

退出休眠特性由系统控制寄存器中的 SLEEPONEXIT位控制，在中断驱动程序中对该位的置位一般为初始化操作的最后一步完成。否则，如果在初始化期间产生中断，则处理器可能此时就是进入休眠。

使用CMSIS，可以按照 “SCB -> SCR” 的方式来访问系统控制寄存器。例如：

SCB -> SCR |= 0x02;  // 强系统控制寄存器的SLEEPONEXIT置位
while(1)
{ 
    __WFI();   // 执行WFI并进入休眠
}

实际应用中，低功耗模式一览（以STM32F051xx为例），如下：

STM32F051xx系列有三种低功耗模式：

• 睡眠模式 (Sleep mode) (CPU 时钟关闭 , 所有外设包括内核外设如 NVIC, SysTick, 等仍在 运行 )  

• 停止模式 (Stop mode) ( 所有时钟都停止 )  

• 待机模式 (Standby mode) (1.8V 供电域断电 )