tickless 低功耗模式介紹

??tickless 低功耗機制是當前小型 RTOS 所采用的通用低功耗方法，比如 embOS，RTX 和 uCOS-III （類似方法）都有這種機制。FreeRTOS 的低功耗也是采用的這種方式。
??那么 tickless 又是怎樣一種模式呢？僅從字母上看 tick 是滴答時鐘的意思，less 是 tick 的后綴，表示較少的，這里的含義可以表示為無滴答時鐘。整體看這個字母就是表示滴答時鐘節拍停止運行的情況。
??反映在 FreeRTOS 上，tickless 又是怎樣一種情況呢？我們都知道，當用戶任務都被掛起或者阻塞時，最低優先級的空閑任務會得到執行。 那么 STM32 支持的睡眠模式，停機模式就可以放在空閑任務里面實現。但是，為了實現低功耗最優設計，我們還不能直接把睡眠或者停機模式直接放在空閑任務里。
??進入空閑任務后，首先要計算可以執行低功耗的最大時間，也就是求出下一個要執行的高優先級任務還剩多少時間。 然后就是把低功耗的喚醒時間設置為這個求出的時間，到時間后系統會從低功耗模式被喚醒，繼續執行多任務。這個就是所謂的 tickless 模式。

空閑鉤子設置低功耗時，需要在FreeRTOSConfig.h 中，將宏configUSE_IDLE_HOOK 置為1，然后自己實現固定接口：void vApplicationIdleHook(void );同時， 這個鉤子函數不可以調用會引起空閑任務阻塞的API函數（例如：vTaskDelay()、帶有阻塞時間的隊列和信號量函數），在鉤子函數內部使用協程是被允許的。

在空閑任務鉤子函數中設置微處理器進入低功耗模式來達到省電的目的。因為系統要響應系統節拍中斷事件，因此使用這種方法會周期性的退出、再進入低功耗狀態。如果系統節拍中斷頻率過快，則大部分電能和CPU時間會消耗在進入和退出低功耗狀態上。

??從上面的講解中可以看出，實現 tickless 模式最麻煩是低功耗可以執行的時間如何獲取。 關于這個問題，FreeRTOS 已經為我們做好了。

FreeRTOS 的低功耗模式介紹

??對于 Cortex-M3 和 M4 內核來說，FreeRTOS 已經提供了 tickless 低功耗代碼的實現，通過調用指令WFI實現睡眠模式，具體代碼的實現就在 port.c文件中，用戶只需在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置 宏定義 configUSE_TICKLESS_IDLE 為 1 即可。

注意：如果配置此參數為 2，那么用戶可以自定義 tickless 低功耗模式的實現。

??當用戶將宏定義 configUSE_TICKLESS_IDLE 配置為 1 且系統運行滿足以下兩個條件時，系統內核會自動的調用低功耗宏定義函數 portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()：

• 當前空閑任務正在運行，所有其它的任務處在掛起狀態或者阻塞狀態。
• 根據用戶配置configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP的大小，只有當系統可運行于低功耗模式的時鐘節拍數大于等于這個參數時，系統才可以進入到低功耗模式。 此參數默認已經在 FreeRTOS.h文件進行定義了，下面是具體的定義內容（當然，用戶也可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中重新定義）：
  
  默認定義的大小是 2 個系統時鐘節拍，且用戶自定義的話，不可以小于 2 個系統時鐘節拍。
  函數 portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP(); 是 FreeRTOS 實現 tickless模式的關鍵，此函數被空閑任務調用，其定義是在 portmacro.h 文件中：
  

FreeRTOS 在線電子手冊低功耗的說明 http://www.freertos.org/low-power-tickless-rtos.html

FreeRTOS 的低功耗模式配置

??關于 FreeRTOS 低功耗方面的配置主要涉及到以下幾個問題。

• 滴答定時器頻率與系統主頻的關系
  ??對于Cortex-M3 和 M4 內核的微控制器來說，實時操作系統一般都是采用滴答定時器做系統時鐘，FreeRTOS 也不例外。 SysTick 滴答定時器是一個 24bit 的遞減計數器，有兩種時鐘源可選擇，一個是系統主頻，另一個是系統主頻的八分頻，默認的 port.c 移植文件中是用的系統主頻。 這里我們就根據這兩種時鐘源來說一說配置上的不同。

  • SysTick 滴答定時器時鐘源選擇系統主頻
    如果滴答定時器選擇系統主頻的話，那么需要配置 configSYSTICK_CLOCK_HZ 等于configCPU_CLOCK_HZ，這種關系已經在 port.c 文件中進行默認配置了：
    
    其中系統主頻 configCPU_CLOCK_HZ 是在 FreeRTOSConfig.h文件中進行定義的。
  • SysTick 滴答定時器時鐘源選擇系統主頻的八分頻
    這種情況的話，需要用戶在 FreeRTOSConfig.h 文件中專門配置 configSYSTICK_CLOCK_HZ為實際需要的頻率，即系統主頻的八分頻大小。
    

  系統時鐘節拍不使用滴答定時器。這種情況我們這里不做討論，用戶看 FreeRTOS 官網此處的說明即可：http://www.freertos.org/low-power-ARM-cortex-rtos.html

如何使用微控制器其它低功耗模式

??前面我們說了，對 Cortex-M3 和 M4 內核來說，FreeRTOS 自帶的低功耗模式是通過指令WFI 讓系統進入睡眠模式，如果想讓系統進入停機模式，又該怎么修改呢？FreeRTOS 為我們提供了兩個函數：

configPRE_SLEEP_PROCESSING( xExpectedIdleTime ); configPOST_SLEEP_PROCESSING( xExpectedIdleTime );

這兩個函數的定義是在FreeRTOS.h 文件中定義的，什么都沒有執行：

如果需要實際執行代碼，需要用戶在 FreeRTOSConfig.h 文件中重新進行宏定義，將其映射到一個實際的函數中。 另外，這兩個函數是在 port.c 文件中被函數 vPortSuppressTicksAndSleep 調用，具體位置如下：


這兩個函數位于指令 wfi 的前面和后面，用戶想實現其它低功耗方式的關鍵就在這兩個函數里面：

• configPRE_SLEEP_PROCESSING( xExpectedIdleTime )
  執行低功耗模式前，用戶可以在這個函數里面關閉外設時鐘來進一步降低系統功耗。 設置其它低功耗方式也是在這個函數里面，用戶只需設置參數 xExpectedIdleTime=0 即可屏蔽掉默認的 wfi 指令執行方式，因為退出這個函數后會通過 if 語句檢測此參數是否大于 0，即上面的代碼所示。 因此，如果用 戶 想 實 現 其 它 低 功 耗 模 式 還 是 比 較 方 便 的 ， 配 置 好 其 它 低 功 耗 模 式 后 ， 設 置 參 數xExpectedIdleTime = 0 即可，但切不可將此參數隨意設置為 0 以外的其它數值。
• configPOST_SLEEP_PROCESSING ( xExpectedIdleTime )
  退出低功耗模式后，此函數會得到調用，之前在 configPRE_SLEEP_PROCESSING里面關閉的外設時鐘，可以在此函數里面重新打開，讓系統恢復到正常運行狀態。

FreeRTOS 實現 tickless 模式的框架

??對 Cortex-M3 和 M4 內核的微控制器來說，FreeRTOS 已經提供了 tickless 低功耗模式的代碼，對于沒有支持的微控制器，用戶可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置 portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP宏定義，來映射實際執行函數。如果用戶不想使用 FreeRTOS 提供的的 tickless 也可以自定義，方法也是在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置 portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP 宏定義，來映射實際執行函數。下面是 FreeRTOS 實現低功耗 tickless 模式的代碼框架，方便用戶對 tickles 模式有一個認識，同時也方便 FreeRTOS 沒有支持的微控制器，用戶可以參考實現。 當然，不局限于這種方法，用戶有更好的方法，也可以的。 其中函數 vTaskStepTick 和eTaskConfirmSleepModeStatus 是 FreeRTOS 提供的，其余的函數是需要用戶實現的。




顯然用戶自己配置要麻煩得多，好在FreeRTOS為M3，M4內核的做好了低功耗之睡眠模式，使得我們使用STM32 F1，F4系列的時候可以很簡單，只需要在配置文件FreeRTOSConfig.h中加上一個宏定義：#define configUSE_TICKLESS_IDLE 1

鳴謝

文章原地址：http://www.cnblogs.com/yangguang-it/p/7232448.html，感謝原作者。
在此基礎上，添加修改了一些東西！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的FreeRTOS 低功耗之 tickless 模式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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