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1. 简介
ESP32支持5种低功耗模式，低功耗管理单元包括调压器、功耗控制器、电源开关单元、电源域隔离单元 (Isolation Cell) 等部分。
1.1 RTC单元
RTC单元是ESP32低功耗管理的核心，可用于管理低功耗模式的进入和退出，控制时钟源、PLL、电源开关和隔离单元以产生电源门控、时钟门控和复位信号。
RTC单元主要包含以下几个模块：
- RTC主状态机：记录电源状态；
- 数字和模拟电源控制器：可用于为RTC的数字模块和模拟模块生成电源门控／时钟门控信号；
- 睡眠和唤醒控制器：可处理低功耗模式的进入和退出；
- 计时器：包括RTC主计时器、ULP协处理器计时器和触摸计时器；
- 低功耗处理器和传感器控制器：ULP协处理器、触摸控制器、SAR ADC控制器等；
- 保留内存：RTC慢速内存，绝大部分用作保留内存或存储ULP协处理器的指令和数据内存；RTC快速内存，绝大部分用作保留内存；
- 保留寄存器：该寄存器永远开启，可用于数据存储；
- RTC IO管脚：18 个“always-on”管脚，通常作为唤醒源。
1.2 低功耗时钟
在低功耗模式下，ESP32的40 MHz晶振和PLL通常将断电以降低功耗，转而使用低功耗时钟维持工作。
RTC模块可以使用5个低功耗时钟源：
- 外部低速晶振时钟XTL32K_CLK（32.768 kHz）；
- 外部高速晶振时钟XTAL_DIV_CLK（2 MHz ~ 40 MHz）；
- 内部RC振荡器RC_SLOW_CLK（频率可调，通常为150 kHz）；
- 内部8MHz振荡器RC_FAST_CLK；
- 内部31.25 kHz时钟RC_FAST_DIV_CLK（来自内部8MHz振荡器，256分频）。
以上的时钟源在RTC内部会区分成慢速时钟和快速时钟，每个RTC内部模块所使用的时钟类型是不同的；像RTC定时器、RTC主状态机和电源管理模块使用的是慢速时钟，ULP协处理器、传感器控制器、RTC内存和RTC寄存器使用的是快速时钟。
对于数字内核（无线模块）则可以使用上面的4种时钟源。
1.3 低功耗模式
1. Active模式
- CPU的工作时钟为XTAL_DIV_N（40 MHz/26 MHz）或PLL（80 MHz/160 MHz/240 MHz）；
- 芯片可以接收、发射或监听信号。
2. Modem-sleep模式
- CPU可以工作，时钟可以配置；
- Wi-Fi／蓝牙基带受时钟门限控制或关闭，射频模块关闭；
- PLL 为 80 MHz 时，电流消耗：≈ 30 mA；
- XTAL 为 2 MHz 时，电流消耗：≈ 3 mA；
- 即刻唤醒；
3. Light-sleep模式
- 内部 8 MHz 振荡器、40 MHz 高速晶振、PLL 及射频模块均禁用；
- 数字内核时钟受门限限制，CPU暂停工作；
- ULP 协处理器和触摸控制器可以周期性触发，对传感器进行监测；
- 电流消耗：≈ 800 µA；
- 唤醒延迟：< 1 ms；
4. Deep-sleep模式
- 内部 8 MHz 振荡器、40 MHz 高速晶振、PLL 及射频模块均禁用；
- 数字内核断电，CPU内容丢失；
- RTC 内核的供电电压降至 0.7V；
- 8 x 32 位数据保存在通用保留寄存器中；
- RTC 内存和快速 RTC 内存可以保持；
- 电流消耗：≈ 6.5 µA；
- 唤醒延迟：< 1 ms。
5. 休眠模式
- 内部 8 MHz 振荡器、40 MHz 高速晶振、PLL 及射频模块均禁用；
- 数字内核断电，CPU 内容丢失；
- RTC 外设域断电；
- RTC 内核的供电电压降至 0.7V；
- 8 x 32 位数据保存在通用保留寄存器中；
- RTC 内存和快速 RTC 内存断电；
- 电流消耗：≈ 4.5 µA；
- 唤醒源：仅支持 RTC 计时器；
- 唤醒延迟：< 1 ms。
1.4 唤醒源
| 唤醒源 | Light-sleep | Deep-sleep | 休眠 |
|---|---|---|---|
| EXT0 | Y | Y | N |
| EXT1 | Y | Y | Y |
| GPIO | Y | Y | N |
| RTC定时器 | Y | Y | Y |
| SDIO | Y | N | N |
| WiFi | Y | N | N |
| UART0 | Y | N | N |
| UART1 | Y | N | N |
| TOUCH | Y | Y | N |
| ULP协处理器 | Y | Y | N |
| 蓝牙 | Y | N | N |
2. 例程
2.1 RTC定时器唤醒
这个例程中配置RTC定时器，使处理器在进入深度睡眠后5秒自动唤醒。
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_sleep.h"#include <string.h>#define TAG "app"int app_main()
{while (1) {ESP_ERROR_CHECK(esp_sleep_enable_timer_wakeup(5 * 1000000));ESP_LOGI(TAG, "Enter deep sleep");esp_deep_sleep_start();ESP_LOGI(TAG, "Exit deep sleep");}
}
idf对低功耗的封装是比较完善的，仅需两个函数就可以完成。
esp_sleep_enable_timer_wakeup配置定时器唤醒的时间，单位为微秒。
默认情况下，RTC定时器的时钟源选择的是RC_SLOW_CLK，即内部150kHz振荡器，因为该时钟源的功耗是最小的。如果需要更改时钟源，需要修改CONFIG_RTC_CLK_SRC编译选项。
esp_deep_sleep_start使处理器进入深度睡眠模式；当然也可以调用esp_light_sleep_start进入浅睡眠模式。
下面就是程序的系统打印log。需要注意的是，因为深度睡眠下CPU会断电，内部寄存器的内容丢失，所以唤醒后程序是从头开始执行的。
2.2 按键唤醒
这个例程中配置处理器进入深度睡眠，使用GPIO按键唤醒。
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_sleep.h"
#include "driver/rtc_io.h"#include <string.h>#define TAG "app"int app_main()
{esp_sleep_wakeup_cause_t cause = esp_sleep_get_wakeup_cause();if (cause == ESP_SLEEP_WAKEUP_EXT0) {ESP_LOGI(TAG, "Wake up by EXT0");}while (1) {ESP_ERROR_CHECK(esp_sleep_enable_ext0_wakeup(0, 0));ESP_ERROR_CHECK(rtc_gpio_pullup_en(0)); // 内部上拉ESP_ERROR_CHECK(rtc_gpio_pulldown_dis(0));ESP_LOGI(TAG, "Enter deep sleep");esp_deep_sleep_start();}
}
如果要在深度睡眠模式下使用GPIO唤醒，必须使用RTC GPIO，ESP32中只有部分GPIO可以复用为该功能。
我使用的是IO0作为唤醒脚。esp_sleep_enable_ext0_wakeup函数传入唤醒IO号和唤醒电平；0就是低电平唤醒，1就是高电平唤醒。
rtc_gpio_pullup/pulldown_dis/en函数配置GPIO的上下拉，我设置成上拉模式。这里要注意即使板子上的IO带了硬件上下拉，但是进入深度睡眠是会关闭VDD电源的，所以还是需要配置。
同样使用esp_deep_sleep_start进入深度睡眠。
下面就是按键唤醒后的系统log。
