CC2540/CC2541进入PM3深度休眠的条件及其休眠机制的剖析

学习BLE已有一段时间，从开始时的一片空白到现在的略有领悟。下面来讲讲鄙人学习BLE中的一些领悟。

用BLE的人都知道，BLE的最大亮点是低功耗，实现低功耗的主要方式就是CC2540/CC2541的休眠机制。

       休眠的模式主要分为PM2和PM3两种模式（另一种PM1模式，是用于低于3ms时间的休眠，几乎不用）。唤醒方式主要分为ST睡眠定时器唤醒和外部中断唤醒。唤醒方式和休眠模式的对应关系为：PM2模式是由ST睡眠定时器唤醒，PM3模式是有外部中断唤醒。

许多开发者都想在不用BLE的时候让其进入最低功耗模式：PM3模式，但是在debug程序的时候，发现CC2540工程里的休眠函数都是进入PM2模式的，无法让其自己进入PM3模式。于是，有许多人就想直接编程电源寄存器，让其强行进入PM3。这样的方法是可以达到进入PM3模式，但如果你没有处理好休眠前的现场保护和唤醒后的恢复工作，是会出现溢出，唤醒后程序跑飞的危险，这样反而不会降低功耗的，吃力不讨好。

其实，TI的休眠处理函数已经处理得很好了，只要你掌握了它的休眠机制，你照样可以对其调配自如。下面是我总结的一些浅见。

一、CC2540 or CC2541进入PM3深度休眠的条件

①osal_timeout = 0；

②llTimeout = 0；

只要同时满足上面两个条件，BLE就会自己进入PM3模式，此时，所有内部电路都关闭，只有外部中断和复位电路可以工作，因此，功耗最低，且可通过外部中断对其唤醒。当中的一个不为0，都将进入PM2模式。

下面肯定会有人问上面这两个条件是什么，osal_timeout就是各层的定时事件的某个事件的超时时间，llTimeout是link layer最底层，也就是RF控制器层的定时事件的超时时间。只要其中的一个不等于0，就说明有定时事件存在，需要定时来处理这些事件，因此就需要定时来唤醒芯片来执行这些事件，所以芯片就不能进入PM3（PM3只能是外部中断唤醒），只能进入PM2模式。

所以，也就是说，要想进入PM3模式，就必须清空所有的定时事件，当不存在任何的定时事件时，即osal_timeoout和llTimeout都会为0，这样就直接导致进入PM3模式。清理定时事件，就是深度休眠的前处理。如此，使得整个BLE有良好的鲁棒性。下面从代码的角度来剖析BLE的休眠机制。

二、BLE的休眠函数

下面就是休眠处理函数的源码，里面timeout就是要设置休眠定时器的时间，这个值来自于osal_timeout或者是llTimeout，那个值小，就说明那个事件更紧急，则由小的来赋给timeout设置休眠定时器，执行定时任务。当timeout = 0时，说明没有定时任务了，就可进入PM3深度休眠了。

llTimeout是通过LL_TimeToNextRfEvent( &sleepTimer, &llTimeout )来得到底层的定时事件，LL_TimeToNextRfEvent( &sleepTimer, &llTimeout )函数是link layer的不开源的代码，因此看不到里面的细节，但是可以肯定的是，llTimeout是和RF定时控制事件相关。一般蓝牙广播、连接、初始化，此llTImeout的值就不会为零，当没有广播、断开连接可以使得llTImeout为零。

osal_timeout一般为应用层的定时事件，由osal_start_timeEX(task_id, event, timeout)设定的定时，只要用相应的osal_stop_timeEX( task_id, event )终止所有的事件，就可以使得osal_timeout为零。

void halSleep( uint32 osal_timeout ){  uint32 timeout;  uint32 llTimeout;  uint32 sleepTimer;  // max allowed sleep time in ms  if (osal_timeout > MAX_SLEEP_TIMEOUT)  {    osal_timeout = MAX_SLEEP_TIMEOUT;  }  // get LL timeout value already converted to 32kHz ticks  LL_TimeToNextRfEvent( &sleepTimer, &llTimeout );  // check if no OSAL timeout  // Note: If the next wake event is due to an OSAL timeout, then wakeForRF  //       will already be FALSE, and the call to LL_TimeToNExtRfEvent will  //       already have taken a snapshot of the Sleep Timer.  if (osal_timeout == 0)  {    // use common variable    timeout = llTimeout;    // check if there's time before the next radio event    // Note: Since the OSAL timeout is zero, then if the radio timeout is    //       not zero, the next wake (if one) will be due to the radio event.    wakeForRF = (timeout != 0) ? TRUE : FALSE;  }  else // OSAL timeout is non-zero  {    // convet OSAL timeout to sleep time    // Note: Could be early by one 32kHz timer tick due to rounding.    timeout = HAL_SLEEP_MS_TO_32KHZ( osal_timeout );    // so check time to radio event is non-zero, and if so, use shorter value    if ((llTimeout != 0) && (llTimeout < timeout))    {      // use common variable      timeout = llTimeout;      // the next ST wake time is due to radio      wakeForRF = TRUE;    }    else // OSAL timeout will be used to wake    {      // so take a snapshot of the sleep timer for sleep based on OSAL timeout      sleepTimer = halSleepReadTimer();      // the next ST wake time is not due to radio      wakeForRF = FALSE;    }  }  // HAL_SLEEP_PM3 is entered only if the timeout is zero  halPwrMgtMode = (timeout == 0) ? HAL_SLEEP_DEEP : HAL_SLEEP_TIMER;  // check if sleep should be entered  if ( (timeout > PM_MIN_SLEEP_TIME) || (timeout == 0) )  {    halIntState_t ien0, ien1, ien2;    HAL_ASSERT( HAL_INTERRUPTS_ARE_ENABLED() );    HAL_DISABLE_INTERRUPTS();    // check if radio allows sleep, and if so, preps system for shutdown    if ( LL_PowerOffReq(halPwrMgtMode) == LL_SLEEP_REQUEST_ALLOWED )    {#if ((defined HAL_KEY) && (HAL_KEY == TRUE))      // get peripherals ready for sleep      HalKeyEnterSleep();#endif // ((defined HAL_KEY) && (HAL_KEY == TRUE))#ifdef HAL_SLEEP_DEBUG_LED      HAL_TURN_OFF_LED3();#else      // use this to turn LEDs off during sleep      HalLedEnterSleep();#endif // HAL_SLEEP_DEBUG_LED      // enable sleep timer interrupt      if (timeout != 0)      {        // check if the time to next wake event is greater than max sleep time        if (timeout > MAX_SLEEP_TIME )        {          // it is, so limit to max allowed sleep time (~510s)          halSleepSetTimer( sleepTimer, MAX_SLEEP_TIME );        }        else // not more than allowed sleep time        {          // so set sleep time to actual amount          halSleepSetTimer( sleepTimer, timeout );        }      }            // prep CC254x power mode      HAL_SLEEP_PREP_POWER_MODE(halPwrMgtMode);      // save interrupt enable registers and disable all interrupts      HAL_SLEEP_IE_BACKUP_AND_DISABLE(ien0, ien1, ien2);      HAL_ENABLE_INTERRUPTS();      // set CC254x power mode; interrupts are disabled after this function      // Note: Any ISR that could wake the device from sleep needs to use      //       CLEAR_SLEEP_MODE(), which will clear the halSleepPconValue flag      //       used to enter sleep mode, thereby preventing the device from      //       missing this interrupt.      HAL_SLEEP_SET_POWER_MODE();      // check if ST interrupt pending, and if not, clear wakeForRF flag      // Note: This is needed in case we are not woken by the sleep timer but      //       by for example a key press. In this case, the flag has to be      //       cleared as we are not just before a radio event.      // Note: There is the possiblity that we may wake from an interrupt just      //       before the sleep timer would have woken us just before a radio      //       event, in which case power will be wasted as we will probably      //       enter this routine one or more times before the radio event.      //       However, this is presumably unusual, and isn't expected to have      //       much impact on average power consumption.      if ( (wakeForRF == TRUE) && !(IRCON & 0x80) )      {        wakeForRF = FALSE;      }      // restore interrupt enable registers      HAL_SLEEP_IE_RESTORE(ien0, ien1, ien2);      // power on the LL; blocks until completion      // Note: This is done here to ensure the 32MHz XOSC has stablized, in      //       case it is needed (e.g. the ADC is used by the joystick).      LL_PowerOnReq( (halPwrMgtMode == CC2540_PM3), wakeForRF );#ifdef HAL_SLEEP_DEBUG_LED      HAL_TURN_ON_LED3();#else //!HAL_SLEEP_DEBUG_LED      // use this to turn LEDs back on after sleep      HalLedExitSleep();#endif // HAL_SLEEP_DEBUG_LED#if ((defined HAL_KEY) && (HAL_KEY == TRUE))      // handle peripherals      (void)HalKeyExitSleep();#endif // ((defined HAL_KEY) && (HAL_KEY == TRUE))    }    HAL_ENABLE_INTERRUPTS();  }

从上面的代码认真分析，就可以掌握BLE的休眠机制。BLE的所有事件都是间断的，而每个事件间的间歇就是定时休眠的时候。例如，广播可以是每个100ms广播一次，而这100ms就进入了PM2休眠的时间；连接的时候，传输数据是10ms或者100ms连接一次传输，数据的传输也是间断的，这个间歇也是PM2的定时休眠时间。BLE正是因为这种休眠机制而做到了很低的功耗，与传统蓝牙的连续传输相比，功耗降低了许多。

以上粗略地总结了TI源码下PM3深度休眠的条件和简单讲述了BLE的休眠机制，本人菜鸟，此文可能存在错误的理解，斗胆发此文，权当和大家交流学习经验，望吐槽。。。