IC: RTL8721Dx RTL8720E RTL8726E RTL8730E

电源管理架构

SoC 搭载了先进的电源管理控制器（Power Management Controller，PMC），可灵活控制芯片不同电源域的上电时序，实现性能与功耗的最佳平衡。

SoC 的数字系统中包含三个核心电源域：AON 域、SYSON 域和 SOC 域。不同省电模式下，各电源域的关断策略存在差异。

Ameba 系列 SoC 的电源域和唤醒源如下所示：

RTL8721DxRTL8726ERTL8720ERTL8730E

低功耗模式

Ameba SoC 支持两种低功耗模式：睡眠（Sleep）模式与深度睡眠（Deep-Sleep）模式。深度睡眠模式比睡眠模式关闭更多电源域，因此功耗更低。

Tickless 是 FreeRTOS 的低功耗功能，当系统空闲时会暂停 CPU（不关闭时钟或电源）。睡眠模式流程和深度睡眠模式流程均基于 Tickless 实现。

下表详细解释了省电相关术语：

模式	AON 域	SYSON 域	SOC 域	描述
Tickless	ON	ON	ON	FreeRTOS 低功耗功能 CPU 周期性进入 WFI 指令休眠，发生中断时唤醒 射频状态可配置为关闭/周期性开启/持续开启（具体由应用场景决定）
Sleep	ON	ON	时钟门控（CG）或电源门控（PG）	芯片级省电模式，包含时钟门控与电源门控两种子模式 退出睡眠模式时可恢复 CPU 堆栈状态 系统 RAM 保持供电，数据不会丢失
Deep-Sleep	ON	OFF	OFF	芯片级深度省电模式 退出深度睡眠模式时无法恢复 CPU 堆栈状态，需执行完整重启流程 系统 RAM 供电被切断，数据不保留 备份（retention）SRAM 保持供电

FreeRTOS Tickless

FreeRTOS 的 Tickless 低功耗特性通过优先级最低的空闲任务实现，即当系统没有其他运行任务时触发。

备注

与原生 FreeRTOS 不同，不依赖 xExpectedIdleTime 进行唤醒。

空闲任务中的 FreeRTOS Tickless

上图展示了空闲任务的代码流程。在空闲任务中，系统会检查睡眠条件（包括唤醒锁状态、系统活跃时间等，详见章节 唤醒锁 API 和 pmu_set_sysactive_time），以决定是否进入睡眠模式。

• 当条件不满足时：CPU 执行 ARM WFI （等待中断）指令，使处理器挂起直至中断触发。通常由 SysTick 中断恢复运行，此模式称为 软件 Tickless。

• 当条件满足时：执行函数 freertos_pre_sleep_processing() 进入睡眠模式或深度睡眠模式

备注

• 即使设置了 FreeRTOS 时间控制机制（如软件定时器或 vTaskDelay），只要空闲任务被执行且满足条件，系统仍会进入睡眠模式。

• 低功耗应用必须启用 configUSE_TICKLESS_IDLE 配置项，因为睡眠模式基于 Tickless 机制实现。

Wi-Fi 低功耗

IEEE 802.11 省电管理允许站点自主进入睡眠状态，其核心规则为：

• 站点必须在特定时间戳保持唤醒状态，其余时间可进入睡眠状态

• WLAN 驱动通过获取唤醒锁（Wakelock）阻止系统在需保持活跃时进入睡眠模式

• 当允许休眠时，WLAN 驱动释放唤醒锁

站点休眠期间无法接收任何数据帧，因此 AP 需缓存待传数据帧，站点需周期性唤醒检测信标帧。

省电模式时序图

SDK中的实现模式如下：

IEEE 802.11 power management is called LPS, and if NP enters sleep mode when Wi-Fi is in LPS mode, we call it WoWLAN mode.

In WoWLAN mode, a timer with a period of about 102ms will be set in the suspend function. And LP will wake up every 102ms to receive the beacon to maintain the connection.

Except for LPS and WoWLAN, we also have IPS, which can be used when Wi-Fi is not connected. The following tables list all three power-saving modes for Wi-Fi and the relationship between the system power mode and Wi-Fi power mode.

模式	Wi-Fi 状态	描述	SDK
IPS	未关联： RF/BB/MAC 全关闭	Wi-Fi 驱动自动关闭 Wi-Fi 模块	默认启用 IPS 模式，强烈不建议禁用
LPS	已关联： RF 周期性开关 MAC/BB 保持常开	LPS 模式用于实现 IEEE 802.11 省电管理 NP 基于信标的 TSF 和 TIM IE 控制射频的开关	默认启用 LPS 模式，可通过 API wifi_set_lps_enable() 禁用
WoWLAN	已关联： RF/BB 周期性开关 MAC 周期性进入/退出 CG/PG	NP 在每次信标提前中断时被唤醒，以接收来自关联 AP 的信标帧 当接收到数据包时，NP 将触发 AP 唤醒流程	默认启用 WoWLAN 模式

系统功耗模式和 Wi-Fi 功耗模式之间的关系如下表所示：

系统功耗模式	Wi-Fi 功耗模式	描述
Active	IPS	Wi-Fi 已开启但未建立连接
	LPS	Wi-Fi 已连接并进入 IEEE 802.11 省电管理模式
Sleep	Wi-Fi 关闭/IPS
	WoWLAN	Wi-Fi 保持关联状态
Deep-Sleep	Wi-Fi 关闭	需保持 Wi-Fi 持续在线或关联的场景，不推荐使用 Deep-Sleep 模式

启用/禁用 LPS 的 API 如下：

int wifi_set_lps_enable(u8 enable);

参数说明：

TRUE:

启用 LPS

FALSE:

禁用 LPS

当 Wi-Fi 已连接且系统进入睡眠模式时，将周期性进入 WoWLAN 模式。此模式下，KM0 以固定周期唤醒来接收信标帧维持连接，这会导致一定的功耗。

若需进一步降低睡眠模式下的系统功耗，且应用中无须 Wi-Fi 功能，建议关闭 Wi-Fi 模块或者选择 Wi-Fi IPS 模式。

唤醒源

RTL8721DxRTL8726ERTL8720ERTL8730E

在不同低功耗模式下，可用于唤醒系统的唤醒源如下表所示：

唤醒源	Sleep CG	Sleep PG	Deep-Sleep	限制
WLAN	√	√	X
BT	√	√	X
IPC	√	√	X	仅 KM0 可通过 IPC 唤醒 KM4
Basic Timer4~7	√	√	X
PMC Timer	√	√	X	仅内部使用
UART0~2	√	√	X	当使用 UART 作为唤醒源时： Rx 的时钟源只能是 OSC2M，且在睡眠期间禁止关闭 OSC4M 当波特率大于 115200bps 时，不建议使用 UART 作为唤醒源 当唤醒指令超过 64 字节 FIFO 深度时，超出的部分会丢失
LOGUART	√	√	X	当使用 LOGUART 作为唤醒源时： 如果 Rx 的时钟源是 XTAL40M，在睡眠期间禁止关闭 XTAL 或 OSC4M 如果 Rx 的时钟源是 OSC2M，在睡眠期间禁止关闭 OSC4M 当唤醒指令超过 16 字节 FIFO 深度时，超出的部分会丢失
GPIO	√	√	X
I2C	√	√	X
CAP_TOUCH	√	√	X
ADC	√	√	X
SDIO	√	√	X
Key-Scan	√	√	X
BOR	√	√	√
PWR_DOWN	√	√	√
AON_TIMER	√	√	√
AON_WAKEPIN	√	√	√
RTC	√	√	√

进入 Sleep 模式

睡眠模式基于FreeRTOS Tickless 模式实现，因此推荐通过释放唤醒锁（Wakelock） 的方式进入睡眠模式。

1. 初始化目标外设

2. 启用和注册外设中断

3. 设置 ambea_sleepcfg.c 文件中的 sleep_wevent_config[]，确保中断注册在 sleep_wevent_config[] 选择的相同的 CPU 上

4. 对于需要特殊时钟配置的外设，在 ameba_sleepcfg.c 文件中设置 ps_config[]

5. 根据需要注册睡眠/唤醒回调函数

6. 通过释放 AP 的唤醒锁进入睡眠模式（启动时 PMU_OS 默认被占用，需在进入睡眠模式前释放）

7. 在系统唤醒后，及时清除外设中断

进入 Deep-Sleep 模式

通过 FreeRTOS Tickless 流程同样可以进入深度睡眠模式。

当系统启动时，应用处理器（AP）自动持有深度唤醒锁 PMU_OS，导致 freertos_ready_to_dsleep() 校验失败，系统默认不在空闲任务中进入深度睡眠模式。

只有当 freertos_ready_to_sleep() 校验通过，才会校验 freertos_ready_to_dsleep()，因此需同时释放唤醒锁和深度唤醒锁方可进入深度睡眠模式。

配置:

1. 初始化目标外设并启用中断

2. 在 ameba_sleepcfg.c 文件中设置 sleep_wakepin_config[]，使用 AON 唤醒引脚作为唤醒源

3. 通过释放 AP 的唤醒锁和深度唤醒锁进入深度睡眠模式

低功耗配置

Please reference User Config chapter for detail information.

低功耗相关 API

唤醒锁 API

在某些情况下，系统需要保持清醒以接收特定事件，在睡眠模式下可能会错过这些事件。因此，引入了唤醒锁（Wakelock）的概念：如果某个模块持有唤醒锁，系统将无法进入睡眠模式。

唤醒锁是一个 32 位的映射。每个模块在唤醒锁位图中都有其对应的位（参见枚举 PMU_DEVICE）。用户也可以在枚举中添加唤醒锁。

• 如果唤醒锁位图等于零，表示没有模块持有唤醒锁。

• 如果唤醒锁位图大于零，表示有模块正持有唤醒锁，系统不允许进入睡眠模式。

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

Wakelock is a judging condition in the function freertos_ready_to_sleep(). When the system boots, application core(AP) holds the wakelock PMU_OS, and network core(NP) holds the wakelock PMU_OS and PMU_KM4_RUN or PMU_AP_RUN. Only if all wakelocks are released, AP or NP is permitted to enter sleep mode. The function freertos_ready_to_sleep() will judge the value of wakelock.

enum PMU_DEVICE {
   PMU_OS        = 0,
   PMU_WLAN_DEVICE,
   PMU_KM4_RUN,
   PMU_WLAN_FW_DEVICE,
   PMU_BT_DEVICE,
   PMU_DEV_USER_BASE,
   PMU_MAX
};

It is recommended to enter sleep mode by releasing the wakelock. After the wakelock PMU_OS of AP is released, AP will enter sleep mode in idle task and send IPC to NP. NP will power-gate or clock-gate AP and then release PMU_OS and PMU_KM4_RUN or PMU_AP_RUN.

When the system wakes, it will enter sleep mode again quickly unless it acquires the wakelock.

Similar to the wakelock for sleep mode, there is a 32-bit deepwakelock map for deep-sleep mode. If the deepwakelock bit map is larger than zero, it means that some modules are holding the deepwakelock, and the system is not allowed to enter deep-sleep mode. When the system boots, application core holds the deepwakelock PMU_OS.

Deepwakelock is a judging condition in the function freertos_ready_to_dsleep(). After the deepwakelock PMU_OS of AP is released, and all wakelocks of AP are released, AP will be allowed to enter deep-sleep mode and send IPC to NP in idle task. NP will send a deep-sleep request and let the chip finally enter deep-sleep mode.

下文列示了用于控制唤醒锁或深度唤醒锁的 API。

pmu_acquire_wakelock

项目	描述
功能	为某个模块获取唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_release_wakelock

项目	描述
功能	释放某个模块的唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_acquire_deepwakelock

项目	描述
功能	为某个模块获取深度唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_release_deepwakelock

项目	描述
功能	释放某个模块的深度唤醒锁
参数	nDeviceId：对应模块的设备 ID
返回值	无

pmu_set_sysactive_time

在某些场景下，系统需要在活跃状态保持唤醒一段时间以完成特定流程。

项目	描述
功能	设置系统保持活跃状态的持续时间
参数	timeout：时间（单位：毫秒） 系统将从当前时刻起保持活跃状态达此时长
返回值	0

睡眠/唤醒回调 API

用于为 <nDeviceId> 注册挂起/恢复回调函数：

• 挂起回调函数：系统进入睡眠模式前在空闲任务中触发

• 恢复回调函数：系统唤醒后立即执行

It is a good way to use the suspend and resume function if there is something to do before the chip sleeps or after the chip wakes. A typical application of the resume function is to acquire the wakelock to prevent the chip from sleeping again. Also, if the CPU chooses PG, some peripherals will lose power so they need to be reinitialized. This can be implemented in the resume function.

备注

• 禁止在回调函数中使用可能引发 OS 调度的API（如： rtos_task_yield、 rtos_time_delay_ms、信号量/互斥锁相关操作）

• 禁止在挂起回调函数中调用 pmu_set_sysactive_time （恢复回调函数中允许）

pmu_register_sleep_callback

项目	描述
功能	为某个模块注册挂起/恢复回调函数
参数	nDeviceId：需要挂起/恢复回调函数的设备 ID sleep_hook_fun：挂起回调函数 sleep_param_ptr：挂起回调函数参数 wakeup_hook_fun：恢复回调函数 wakeup_param_ptr：恢复回调函数参数
返回值	无

pmu_unregister_sleep_callback

项目	描述
功能	注销某个模块的挂起/恢复回调函数
参数	nDeviceId：需要注销挂起/恢复回调函数的设备ID sleep_hook_fun：挂起回调函数 sleep_param_ptr：挂起回调函数参数 wakeup_hook_fun：恢复回调函数 wakeup_param_ptr：恢复回调函数参数
返回值	无

pmu_set_max_sleep_time

项目	描述
功能	设置最大睡眠时间
参数	timer_ms：系统最大睡眠超时时间（单位：毫秒）
返回值	无

备注

• 超时后，系统不会被唤醒。

• 超时前，系统可能被其他事件唤醒。

• 此设置仅单次有效，系统唤醒后时间自动清零。

唤醒原因 API

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

SOCPS_AONWakeReason

Items	Description
Introduction	Get the deep-sleep wakeup reason
Parameter	None
Return	Bit[0]: CHIP_EN short press Bit[1]: CHIP_EN long press Bit[2]: BOR Bit[3]: AON Timer Bit[5:4]: AON GPIO Bit[8]: RTC

WAK_STATUS0

The following register can be used to get the sleep wakeup reason.

Register	Parameters
WAK_STATUS0	Bit[1:0]: WLAN Bit[2]: KM4_WAKE Bit[3]: BT_WAKE_HOST Bit[4]: IPC_KM4 Bit[9:6]: BASIC TIMER4~7 Bit[11:10]: PMC TIMER0~1 Bit[14:12]: UART0~2 Bit[15]: UART_LOG Bit[16]: GPIOA Bit[17]: GPIOB Bit[19:18]:I2C0~1 Bit[20]: Cap-Touch Bit[21]: RTC Bit[22]: ADC Bit[24]: BOR Bit[25]: PWR_DOWN Bit[26]: Key-Scan Bit[27]: AON_Timer Bit[28]: AON_Wakepin -Bit[29]: SDIO

Note that when wakeup, the corresponding peripheral interrupt will be raised; when clearing the interrupt, the corresponding bit in wakeup reason will also be cleared. Thus it is not possible to get the wakeup reason after the interrupt is cleared.

唤醒时间

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

UART 和 LOGUART

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

For peripherals that need specific clock settings, such as UART and LOGUART, their setting flows are described in the following section.

UART

1. Initialize UART and enable its interrupt.

2. Set the related wakeup source (WAKE_SRC_UART0/WAKE_SRC_UART1/WAKE_SRC_UART2_BT) in sleep_wevent_config[] to WAKEUP_KM4 or WAKEUP_KM0 (based on which CPU you want to wake). The interrupt should be registered on the same CPU selected by sleep_wevent_config[].

3. Set keep_OSC4M_on in ps_config[] to TRUE to keep OSC4M enabled during sleep mode.

4. Switch clock to OSC2M with API RCC_PeriphClockSource_UART(UARTx_DEV, UART_RX_CLK_OSC_LP).

5. Enter sleep mode by releasing the wakelock in KM4 (PMU_OS needs to be released since it is acquired by default when boot).

6. Clear the UART interrupt when wakeup.

7. If a higher baudrate is required after waking up, it is recommended to switch to XTAL40M Rx clock by API RCC_PeriphClockSource_UART(UART0_DEV, UART_RX_CLK_XTAL_40M).

备注

When using UART as a wakeup source, there are some restrictions:

• The Rx clock source can only be OSC2M, and do not turn off OSC4M during sleep.

• When the baudrate is larger than 115200, it is not recommended to use UART as a wakeup source.

• The portion of the command used to wake up that exceeds the FIFO depth (64B) will be lost.

LOGUART

1. Initialize LOGUART and enable its interrupt.

2. Set WAKE_SRC_UART_LOG in sleep_wevent_config[] to WAKEUP_KM4 or WAKEUP_KM0 (based on which CPU you want to wake). The interrupt should be registered on the same CPU selected by sleep_wevent_config[].

3. Set xtal_mode_in_sleep to XTAL_Normal in ps_config[].

4. Enter sleep mode by releasing the wakelock in KM4 (PMU_OS needs to be released since it is acquired by default when boot).

5. Clear the LOGUART interrupt when wakeup.

备注

When using LOGUART as a wakeup source, there are some restrictions:

• If the Rx clock source is XTAL40M, do not turn off XTAL or OSC4M during sleep; if the Rx clock source is OSC2M, do not turn off OSC4M during sleep.

• The portion of the command used to wake up that exceeds the FIFO depth (16B) will be lost.