1)实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2)摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子
第二十二章 待机唤醒实验
本章我们将向大家介绍 STM32F4 的待机唤醒功能。在本章中，我们将使用 KEY_UP 按键
来实现唤醒和进入待机模式的功能，然后使用 DS0 指示状态。本章将分为如下几个部分：
22.1 STM32F4 待机模式简介
22.2 硬件设计
22.3 软件设计
22.4 下载验证
22.1 STM32F4 待机模式简介
很多单片机都有低功耗模式，STM32F4 也不例外。在系统或电源复位以后，微控制器处于
运行状态。运行状态下的 HCLK 为 CPU 提供时钟，内核执行程序代码。当 CPU 不需继续运行
时，可以利用多个低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源
消耗，最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。STM32F4 的 3 种
低功耗模式我们在 5.2.4 节有粗略介绍，这里我们再回顾一下。
STM32F4 提供了 3 种低功耗模式，以达到不同层次的降低功耗的目的，这三种模式如下：
1)睡眠模式(CM4 内核停止工作，外设仍在运行)；
2)停止模式(所有的时钟都停止)；
3)待机模式；
在运行模式下，我们也可以通过降低系统时钟关闭 APB 和 AHB 总线上未被使用的外设的
时钟来降低功耗。三种低功耗模式一览表见表 22.1.1 所示：
表 22.1.1 STM32F4 低功耗一览表
在这三种低功耗模式中，最低功耗的是待机模式，在此模式下，最低只需要 2.2uA 左右的
电流。停机模式是次低功耗的，其典型的电流消耗在 350uA 左右。最后就是睡眠模式了。用户
可以根据自己的需求来决定使用哪种低功耗模式。
本章，我们仅对 STM32F4 的最低功耗模式-待机模式，来做介绍。待机模式可实现 STM32F4
的最低功耗。该模式是在CM4 深睡眠模式时关闭电压调节器。整个1.2V 供电区域被断电。PLL、
HSI 和 HSE 振荡器也被断电。SRAM 和寄存器内容丢失。除备份域(RTC 寄存器、RTC 备份
寄存器和备份 SRAM)和待机电路中的寄存器外，SRAM 和寄存器内容都将丢失。
那么我们如何进入待机模式呢？其实很简单，只要按图 22.1.1 所示的步骤执行就可以了：
图 22.1.1 STM32F4 进入及退出待机模式的条件
图 22.1.1 还列出了退出待机模式的操作，从图 22.1.1 可知，我们有多种方式可以退出待机
模式，包括：WKUP 引脚的上升沿、RTC 闹钟、RTC 唤醒事件、RTC 入侵事件、RTC 时间戳
事件、外部复位(NRST 引脚)、IWDG 复位等，微控制器从待机模式退出。
从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行(采样启动模式引脚，读取复位向量等)。
电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。
在进入待机模式后，除了复位引脚、RTC_AF1 引脚(PC13)(如果针对入侵、时间戳、RTC
闹钟输出或 RTC 时钟校准输出进行了配置)和 WK_UP(PA0)(如果使能了)等引脚外，其
他所有 IO 引脚都将处于高阻态。
图 22.1.1 已经清楚的说明了进入待机模式的通用步骤，其中涉及到 2 个寄存器，即电源控
制寄存器(PWR_CR)和电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)。下面我们介绍一下这两个寄存器：
电源控制寄存器(PWR_CR)，该寄存器的各位描述如图 22.1.2 所示：
图 22.1.2 PWR_CR 寄存器各位描述
该寄存器我们只关心 bit1 和 bit2 这两个位，这里我们通过设置 PWR_CR 的 PDDS 位，使
CPU 进入深度睡眠时进入待机模式，同时我们通过 CWUF 位，清除之前的唤醒位。
电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)的各位描述如图 22.1.3 所示：
图 22.1.3 PWR_ CSR 寄存器各位描述
这里，我们通过设置 PWR_CSR 的 EWUP 位，来使能 WKUP 引脚用于待机模式唤醒。我
们还可以从 WUF 来检查是否发生了唤醒事件，不过本章我们并没有用到。关于 PWR_CR 和
PWR_CSR 这两个寄存器的详细描述，请看《STM32F4xx 中文参考手册》第 5.4.1 节和 5.4.3 节。
对于使能了 RTC 闹钟中断或 RTC 周期性唤醒等中断的时候，进入待机模式前，必须按如
下操作处理：
1， 禁止 RTC 中断(ALRAIE、ALRBIE、WUTIE、TAMPIE 和 TSIE 等)。
2， 清零对应中断标志位。
3， 清除 PWR 唤醒(WUF)标志(通过设置 PWR_CR 的 CWUF 位实现)。
4， 重新使能 RTC 对应中断。
5， 进入低功耗模式。
在有用到 RTC 相关中断的时候，必须按以上步骤执行之后，才可以进入待机模式，这个大
家一定要注意，否则可能无法唤醒。详情请参考《STM32F4xx 中文参考手册》第 5.3.6 节。
通过以上介绍，我们了解了进入待机模式的方法，以及设置 KEY_UP 引脚用于把 STM32F4
从待机模式唤醒的方法。低功耗相关操作函数和定义在 HAL 库文件 stm32f4xx_hal_pwr.c 和头
文件 stm32f4xx_hal_pwr.h 中。具体步骤如下：
1)使能 PWR 时钟。
因为要配置 PWR 寄存器，所以必须先使能 PWR 时钟。
在 HAL 库中，使能 PWR 时钟的方法是：
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能 PWR 时钟
2) 设置 WK_UP 引脚作为唤醒源。
使能时钟之后后再设置 PWR_CSR 的 EWUP 位，使能 WK_UP 用于将 CPU 从待机模式唤
醒。在 HAL 库中，设置使能 WK_UP 用于唤醒 CPU 待机模式的函数是：
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //设置 WKUP 用于唤醒
3)设置 SLEEPDEEP 位，设置 PDDS 位，执行 WFI 指令，进入待机模式。
进入待机模式，首先要设置 SLEEPDEEP 位(详见《STM32F3 与 F4 系列 Cortex M4 内核
编程手册》，第 214 页 4.4.6 节)，接着我们通过 PWR_CR 设置 PDDS 位，使得 CPU 进入深度睡眠时进入待机模式，最后执行 WFI 指令开始进入待机模式，并等待 WK_UP 中断的到来。在
库函数中，进行上面三个功能进入待机模式是在函数 HAL_PWR_EnterSTANDBYMode 中实现
的：
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);
4)最后编写 WK_UP 中断服务函数。
因为我们通过 WK_UP 中断(PA0 中断)来唤醒 CPU，所以我们有必要设置一下该中断函
数，同时我们也通过该函数里面进入待机模式。关于外部中断服务函数以及中断服务回调函数
的使用方法请参考外部中断实验，这里我们就不做过多讲解。
通过以上几个步骤的设置，我们就可以使用 STM32F4 的待机模式了，并且可以通过 KEY_UP
来唤醒 CPU，我们最终要实现这样一个功能：通过长按(3 秒)KEY_UP 按键开机，并且通过
DS0 的闪烁指示程序已经开始运行，再次长按该键，则进入待机模式，DS0 关闭，程序停止运
行。类似于手机的开关机。
22.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1) 指示灯 DS0
2) KEY_UP 按键
3) TFTLCD 模块
本章，我们使用了 KEY_UP 按键用于唤醒和进入待机模式。然后通过 DS0 和 TFTLCD 模
块来指示程序是否在运行。这几个硬件的连接前面均有介绍。
22.3 软件设计
打开待机唤醒实验工程，我们可以发现工程中多了一个 wkup.c 和 wkup.h 文件，相关的用
户代码写在这两个文件中。同时，对于待机唤醒功能，我们需要引入 stm32f4xx_hal_pwr.c 和
stm32f4xx_hal_pwr.h 文件。
打开 wkup.c，可以看到如下关键代码：
//系统进入待机模式void Sys_Enter_Standby(void){ __HAL_RCC_AHB1_FORCE_RESET()//复位所有 IO 口while(WKUP_KD);//等待 WK_UP 按键松开(在有 RTC 中断时,//必须等 WK_UP 松开再进入待机)__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();//使能 PWR 时钟 __HAL_RCC_BACKUPRESET_FORCE(); //复位备份区域 HAL_PWR_EnableBkUpAccess();//后备区域访问使能//STM32F4,当开启了 RTC 相关中断后,必须先关闭 RTC 中断,再清中断标志位,//然后重新设置 RTC 中断,再进入待机模式才可以正常唤醒,否则会有问题. __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB); __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&RTC_Handler);//关闭 RTC 写保护 //关闭 RTC 相关中断，可能在 RTC 实验打开了 __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_WUT); __HAL_RTC_TIMESTAMP_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_TS); __HAL_RTC_ALARM_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_ALRA|RTC_IT_ALRB);//清除 RTC 相关中断标志位 __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_ALRAF|RTC_FLAG_ALRBF); __HAL_RTC_TIMESTAMP_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_TSF); __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_WUTF); __HAL_RCC_BACKUPRESET_RELEASE(); //备份区域复位结束 __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&RTC_Handler); //使能 RTC 写保护 __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); //清除 Wake_UP 标志 HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //设置 WKUP 用于唤醒 HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(); //进入待机模式}//检测 WKUP 脚的信号//返回值 1:连续按下 3s 以上// 0:错误的触发u8 Check_WKUP(void){u8 t=0;u8 tx=0;//记录松开的次数LED0=0; //亮灯 DS0while(1){if(WKUP_KD)//已经按下了{t++;tx=0;}else{tx++;if(tx>3)//超过 90ms 内没有 WKUP 信号{LED0=1;return 0;//错误的按键,按下次数不够}}delay_ms(30);if(t>=100)//按下超过 3 秒钟{LED0=0; //点亮 DS0return 1; //按下 3s 以上了}}}//外部中断线 0 中断服务函数void EXTI0_IRQHandler(void){ HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);}//中断线 0 中断处理过程//此函数会被 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()调用//GPIO_Pin:引脚void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){ if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_0)//PA0 { if(Check_WKUP())//关机 { Sys_Enter_Standby();//进入待机模式 } }}//PA0 WKUP 唤醒初始化void WKUP_Init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOA 时钟 GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0; //PA0 GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING; //中断,上升沿 GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN; //下拉 GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速 HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure); //检查是否是正常开机 if(Check_WKUP()==0) { Sys_Enter_Standby();//不是开机，进入待机模式 } HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,0x02,0x02);//抢占优先级 2，子优先级 2 HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);}
该部分代码比较简单，我们在这里说明两点：
1，在 void Sys_Enter_Standby(void)函数里面，我们要在进入待机模式前把所有开启的外设
全部关闭，我们这里仅仅复位了所有的 IO 口，使得 IO 口全部为浮空输入。其他外设(比如
ADC 等)，大家根据自己所开启的情况进行一一关闭就可，这样才能达到最低功耗！然后我们
调 用 函 数 __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE() 来 使 能 PWR 时 钟 ， 调 用 函 数
HAL_PWR_EnableWakeUpPin 用 来 设 置 WK_UP 引 脚 作 为 唤 醒 源 。 最后调用
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode 函数进入待机模式。
2，在 void WKUP_Init(void)函数里面，我们首先要使能 GPIOA 时钟，同时因为我们要使用到外部中断，所以必须先使能 SYSCFG 时钟。然后对 GPIOA 初始化位下拉输入。同时调用
函数 SYSCFG_EXTILineConfig 配置 GPIOA.0 连接到中断线 0。最后初始化 EXTI 中断线以及
NVIC 中断优先级。这上面的步骤实际上跟我们之前的外部中断实验知识是一样的，所以不理
解的地方大家可以翻到外部中断实验章节看看。在上面初始化的过程中，我们还先先判断
WK_UP 是否按下了 3 秒钟，来决定要不要开机，如果没有按下 3 秒钟，程序直接就进入了待
机模式。所以在下载完代码的时候，是看不到任何反应的。我们必须先按 WK_UP 按键 3 秒开
机，才能看到 DS0 闪烁。
3，在中断服务函数EXTI0_IRQHandler 内，我们通过调用函数 Check_WKUP来判断 WK_UP
按下的时间长短，来决定是否进入待机模式，如果按下时间超过 3 秒，则进入待机，否则退出
中断。
wkup.h 部分代码比较简单，我们就不多说了。最后我们看看 main 函数内容如下：
int main(void){HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //设置时钟,168Mhzdelay_init(168); //初始化延时函数uart_init(115200); //初始化 USARTusmart_dev.init(84);//初始化 USMARTLED_Init();//初始化 LEDLCD_Init();//初始化 LCDWKUP_Init(); //待机唤醒初始化POINT_COLOR=RED;LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"WKUP TEST");LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"[email protected]");LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2017/4/11");LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"WK_UP:Stanby/WK_UP");while(1){ LED0=!LED0;delay_ms(250); //延时 250ms}}
这里我们先初始化 LED 和 WK_UP 按键(通过 WKUP_Init()函数初始化)，如果检测到
有长按 WK_UP 按键 3 秒以上，则开机，并执行 LCD 初始化，在 LCD 上面显示一些内容，如
果没有长按，则在 WKUP_Init 里面，调用 Sys_Enter_Standby 函数，直接进入待机模式了。
开机后，在死循环里面等待 WK_UP 中断的到来，在得到中断后，在中断函数里面判断
WK_UP 按下的时间长短，来决定是否进入待机模式，如果按下时间超过 3 秒，则进入待机，
否则退出中断，继续执行 main 函数的死循环等待，同时不停的取反 LED0，让红灯闪烁。
代码部分就介绍到这里，大家记住下载代码后，一定要长按 WK_UP 按键，来开机，否则
将直接进入待机模式，无任何现象。
22.4 下载与测试
在代码编译成功之后，下载代码到探索者 STM32F4 开发板上，此时，看到开发板 DS0 亮
了一下(Check_WKUP 函数执行了 LED0=0 的操作)，就没有反应了。其实这是正常的，在程
序下载完之后，开发板检测不到 WK_UP 的持续按下(3 秒以上)，所以直接进入待机模式，看
起来和没有下载代码一样。此时，我们长按 WK_UP 按键 3 秒钟左右，可以看到 DS0 开始闪烁，
液晶也会显示一些内容。然后再长按 WK_UP，DS0 会灭掉，液晶灭掉，程序再次进入待机模
式。