ESP8266 可配置的睡眠模式

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1 概述

esp8266 系列芯片提供以下三种可配置的睡眠模式，您可以根据应用按需选用：

• Modem-sleep
• Light-sleep
• Deep-sleep
  

三种模式的区别如下：

2 Modem Sleep2.1 特性

目前 ESP8266 的 Modem-sleep 仅工作在 Station 模式下，连接路由器后生效。ESP8266 通过 Wi-Fi 的 DTIM Beacon 机制与路由器保持连接 （一般路由器的 DTIM Beacon 间隔为 100 ms ～ 1000 ms）

在 Modem-sleep 模式下，ESP8266 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。睡眠同时可以保持与路由器的 Wi-Fi 连接，并通过路由器接受来自手机或者服务器的交互信息。

2.2 接口

SDK API，通过以下接口进入 Modem-sleep 模式：

1. wifi_set_sleep_type(MODEM_SLEEP_T)

复制代码

注意：在 Modem-sleep 模式下，系统可以自动被唤醒，无需配置接口

2.3 应用

Modem-sleep 一般用于必须打开芯片 CPU 的应用场景，例如 PWM 彩灯，需要 CPU 实时控制

3 Light Sleep3.1 特性

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

3.2 接口

SDK API，通过以下接口进入 Light-sleep 模式:

1. wifi_set_sleep_type(LIGHT_SLEEP_T)

复制代码

在 Wi-Fi 连接后，并且 CPU 处于空闲状态时，会自动进入 Light-sleep 状态

3.3 唤醒

在 Light-sleep 模式下，CPU 在暂停状态下不会响应来自**硬件接口的信号与中断，因此需要配置通过外部 GPIO 信号将 ESP8266 唤醒，唤醒过程小于 3 ms

通过 GPIO 唤醒只能配置为电平触发模式，接口如下：

1. void gpio_pin_wakeup_enable(uint32 i, GPIO_INT_TYPE intr_state);
   
2. 
   
3. * uint32 i                   唤醒功能的 IO 序号
   
4. * GPIO_INT_TYPE intr_state   唤醒的触发模式 GPIO_PIN_INTR_LOLEVEL/GPIO_PIN_INTR_HILEVEL

复制代码

3.4 应用

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合。并且在未接收到命令时，CPU 可以处于空闲状态。⽐比如 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

注意：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
4 Deep Sleep4.1 特性

相对于其他两种模式，Deep-sleep 由用户控制，调用接口函数就可立即进入 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，进入睡眠模式，只有 RTC 模块仍然工作，负责芯片的定时唤醒

使用 Deep-sleep 必须将 GPIO16 与芯片 EXT_RSTB 管脚连接。

4.2 接口

SDK API, 通过以下接口使能 Deep-sleep:

1. void system_deep_sleep(uint32 time_in_us)

复制代码

uint32 time_in_us ＝0 不会定时唤醒，即不会主动醒来

uint32 time_in_us ≠0 会在设定的时间后，⾃自动唤醒（单位μs）

可以通过以下接口配置 Deep-sleep 唤醒时的软件工作流程，从而影响长期运行的平均功耗：

1. bool system_deep_sleep_set_option(uint8 option)
   
2. 
   
3. deep_sleep_set_option(0) 由 init 参数的第 108 字节控制 Deep-sleep 醒来后的是否作 RF 校准
   
4. deep_sleep_set_option(1) 表示下一次 Deep-sleep 醒来后要作 RF 校准，功耗较大
   
5. deep_sleep_set_option(2) 表示下一次 Deep-sleep 醒来后不作 RF 校准，功耗较小
   
6. deep_sleep_set_option(4) 表示下一次 Deep-sleep 醒来后，不打开 RF，和 Modem-sleep 一样，电流最小

复制代码

说明：

init 参数即 esp_init_data_default.bin 内的参数值。比如将第108 字节的数据改为 8，并且调用 deep_sleep_set_option(0)，则表示芯片每 8 次 Deep-sleep 唤醒才会进行 RF 校准。详情参考：https://github.com/EspressifSystems/low_power_voltage_measurement/wiki

4.3 唤醒

在 Deep-sleep 状态下，可以通过外部 IO 在芯片 EXT_RSTB 管脚上产生一个低电平脉冲，芯片即可被唤醒并启动

注意：如果自动唤醒与外部唤醒须要同时作用，须要在外部电路设计时，使用合适的线逻辑操作电路
4.4 应用

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

fishingok

GAgent 没有这些模式

fishingok

ESP8266有关于低功耗模式（主要是睡眠模式）一些说明
2015年10月30日 ESP8266 暂无评论

第一部分：模块低功耗资料说明


一、睡眠模式的分类：
1.1由最新的SDK说明下面的指令可知道有两条指令：
①：AT GSLP=<TIME>
②：AT SLEEP=<MODE>
1.2可以知道总的有三种睡眠模式。分别是：
①：Deep-Sleep；
②：Light-Sleep；
③：Modem-Sleep；


二、睡眠模式的特性
2.1 Deep-Sleep
顾名思义，深度睡眠，相对于其他两种模式，Deep-sleep 由户控制，用指令AT GSLP=<TIME>就可即进Deep-sleep模式。在该模式下，芯会断开所有Wi-Fi连接与数据连接，进睡眠模式，只有RTC模块仍然作，负责芯的定时（指令里面的TIME（ms））唤醒。使Deep-sleep必须将GPIO16与芯EXT_RSTB管脚连接。
2.2 Light-Sleep
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，Modem-sleep功耗更低。
2.3 Modem-Sleep
目前ESP8266的Modem-sleep仅作在Station模式下，连接路由器后效。ESP8266通过Wi-Fi的DTIM Beacon机制与路由器保持连接。


三、唤醒机制
3.1 Deep-Sleep
3.1.1 外部唤醒
在Deep-sleep状态下，可以通过外部IO在芯EXT_RSTB管脚上产个低电平脉冲，芯即可被唤醒并启动。
3.1.2 自动唤醒
AT GSLP=<TIME>，到达时间TIME（ms）后自动唤醒。
3.2 Light-Sleep
3.2.1 外部唤醒
在Light-sleep模式下，CPU在暂停状态下不会响应来**硬件接的信号与中断，因此需要配置通过外部GPIO信号将ESP8266唤醒，唤醒过程小于3 ms。
3.2.2 自动唤醒
通过连接的路由器中的DTIM的设置，如在DTIM1的情况下，100ms唤醒一次，唤醒时间3ms。即
DTIMN的唤醒时间为N*100ms
由于我不是搞通讯的，所以在这边卡住了，这边的DTIM是路由器本身的，就是模块是设置不了的。
3.3 Modem-Sleep
3.3.1 自动唤醒
同3.2.2


四、适用环境
4.1 Deep-Sleep
Deep-sleep可以于低功耗的传感器应，或者部分时间都不需要进数据传输的情况。设备可以每隔段时间从Deep-sleep状态醒来测量数据并上传，之后继续进Deep-sleep。也可以将多个数据存储于RTCmemory（RTC memory在Deep-sleep模式下仍然可以保存数据），然后次发送出去。
简单的理解就是在模块不需要被动接受，是指定一段时间发送一次数据（一段时间上传服务器一串数据），在这一段时间内你可以使用深度睡眠，如果有被动接受数据，这中间的数据有可能会丢掉。
4.2 Light-Sleep
Light-sleep模式可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合。并且在未接收到命令时，CPU可以处于空闲状态。如Wi-Fi开关的应，部分时间CPU都是空闲的，直到收到控制命令，CPU才需要进GPIO的操作。
4.3 Modem-Sleep
Modem-sleep般于必须打开芯CPU 的应场景，例如PWM彩灯，需要CPU实时控制。


五、功耗大致计算
由上述可以看出，Deep-Sleep功耗最低，但是适用范围相对较小，而Light-Sleep的自动唤醒和Modem-Sleep需要DTIM，这中间的功耗就关系到路由器的设置。




第二部分：模块的睡眠电流实测


一：各个部分电流的检测
1.1 打开通讯通道之后，没有数据接受和发送时的电流：14ma左右1ma跳动；
1.2 打开通讯通道之后，并平凡发送和接受数据的电流：79ma左右1ma跳动；
1.3 打开通讯通道之后，让其进入Light-Sleep睡眠模式的电流：2ma多一点点；
注：通讯为连接路由器，UDP通讯，Light-Sleep睡眠为自动唤醒。


二：分阶段电流检测
1.1 频繁收发数据和一段时间不通讯：电流在14ma和79ma之间跳动
1.2 睡眠之后的电流：14ma和2ma之间跳动；（这边解释为14ma为正常情况下的电流，2ma为睡眠电流，也就是说这边是睡眠，唤醒相互交替，就是自动唤醒，自动进入睡眠）
1.3 睡眠之后，对模块发送一串数据：电流同1.2，数据接受正常（这边的电流还是维持在14ma的原因应该是Light-Sleep自动唤醒下，在唤醒之后会接受AP中的Beacon包，将包发送给MCU接受，之后又进入睡眠）
1.4 睡眠之后，对模块一直发送数据：电流先在2ma和14ma之间跳动，过一段时间之后在14ma-79ma之间跳动；（前一段时间的2ma-14ma之间跳动同1.3的Beacon包形式发送，之后数据一直存在，就跳回正常的14ma-79ma，不再睡眠）
1.5 1.4持续发送数据之后停止数据发送：电流从14-79ma跳回14ma一会之后跳回到正常睡眠情况2ma-14ma来回跳动。
这是现在的测试情况，后续出MCU的睡眠和8266的睡眠配合调试。




第三部分：模块和MCU相互睡眠及唤醒测试


一、电流问题
进过这次测试，模块用Light-Sleep模式睡眠，MCU用Stop模式。
1、正常情况下（两个都不睡眠）电流109ma。（都不睡眠，且模块没有数据）
2、正常情况下（两个都不睡眠）电流168ma。（都不睡眠，且模块有数据）
3、模块先睡眠：93ma。
4、MCU最后睡眠：63ma。
5、手机APP向模块发数据使两个都唤醒（模块的唤醒为上一次前面楼层所说，MCU通过串口接受脚的数据，连接到外部中断进行唤醒）：电流回到168ma
6、通讯之后，继续相继进入睡眠模式：63ma
说明：
①：由上面可以看出，在模块睡眠之后，电流差上一次只测试模块时睡眠的电流差不多，为正常。
②：MCU睡眠后降低了30ma（我这边只是调用了函数进行睡眠，并没有关闭无用外设，我试过在关闭所有外设的情况下，我的产品样板可降低75ma）。
③：由5和6可以看出在能正常唤醒，并在我APP上能正常收到数据。


二、数据问题
在这次的测试中，发现数据并没有掉帧的现象
这边又分成2中情况：
1、首先正常情况
正常情况，按照理论上来说这边确实是会掉帧，这边就需要查看各个MCU唤醒所需的时长和自己MCU和WIFI模块的通讯速率进行计算和判断，我是建议这边最好做掉帧处理，简单的可以直接扔掉，复杂一点就需要全部解码解出来。（这边我用的是115200的传输速率，也就是86.8us一个数据，MCU的唤醒时间还没有查看）
2、我的情况（我的分析，也可能有错，因为我也不太确定）
由于我接受数据是通过串口DMA接受，在MCU停止的模式下，由于我没有关闭外设（DMA还开着），我又是用的串口空闲中断来接受数据的，所以一串数据来的时候，我们的协议最少是60个数据，也就是将近最少5ms的时间来给我MCU系统的唤醒，这样就会好很多，就应该不会出现掉帧，但是掉帧处理还是需要。
3、两者的区别
对于大神和懂的人，看了上面两个应该就已经懂了，但是我还是比较以下1和2的区别，其中1的接受方式在于一个数据一个数据的接受，2的接受方式是数据过来了，我先放到自己设定好的缓存里面去，一串放好了之后，串口空闲了，来个中断提示我有一串数据需要处理。中间存在的是时间问题，1的方式也就是如果你MCU的唤醒需要1ms，那么按照115200的速率来说，你就有可能丢掉12个数据。2的方式是接受到数据之后硬件会自动把数据放入缓存，并不需要你去干预，这边即节省了CPU资源，有能比1的方式更好的接受数据。
三、最后总结
这边关于低功耗的一些事情基本说的差不多了，里面应该还存在一些我没有发现的问题，还有说错的地方望大神们提点提点。