ESP32 - ULP 协处理器在低功耗模式下操作 RTC GPIO

qiaoweiyiyi

本文目的是介绍 ESP32 如何在 ULP 协处理器中操作 RTC GPIO

1. RTC GPIO

RTC GPIO 一共有 18 个 IO 口，这些 GPIO 管脚具有低功耗 RTC 性能和模拟功能，并且由 ESP32 的 RTC 子系统控制。这些功能不使用 IO_MUX 和 GPIO 交换矩阵，而是使用 RTC_MUX 将 IO 指向 RTC 子系统。

当这些管脚被配置为 RTC GPIO 管脚时，作为输出的管脚能够在芯片处于 Deep-Sleep 睡眠状态下保持输出电平值，或者作为输入管脚使用时可以将芯片从 Deep-Sleep 中唤醒。

下表列出了 RTC 管脚和其对应的 GPIO 管脚


在本例子中，我们使用 GPIO25，GPIO26 指示 CPU 的工作状态；GPIO4，GPIO27 指示 ULP 协处理器的状态。


2. RTC GPIO 翻转图示

本例子主 CPU 设置 ULP 协处理器每隔 10ms 唤醒自身一次 并且 ULP 协处理器每隔 8 个唤醒周期后，再唤醒主 CPU 一次，依此循环。每次处理器状态切换时，均有相应的 GPIO 翻转指示当前的状态。

3.软件部分

ESP32 的 C 语言编译环境安装和配置参照 链接地址，另外 ULP 协处理器目前只支持汇编编程，所以还需要安装汇编工具链，下面介绍汇编工具链的安装和配置。

3.1 汇编环境的配置

ULP 协处理器配置汇编编译工具链，只需两步即可安装配置完毕，下面给出 ubuntu 操作系统下配置的步骤，或者点击 链接地址 获得更多 ULP 编程信息

第一步, 下载工具链 binutils-esp32ulp toolchain 链接地址, 解压到需要安装的目录

第二步，添加工具链的 bin 目录到系统环境变量 PATH 中。例如我的解压目录是 /opt/esp32ulp-elf-binutils 那么添加 export PATH=/opt/esp32ulp-elf-binutils/bin:$PATH 这一行到 /home 目录的隐藏文件 .bashrc 文件最后一行，保存关闭文件并使用命令 source .bashrc 使上述环境变量生效

至此，汇编编译环境就安装好了，将 ulp_rtc_gpio/ 目录下的 sdkconfig.defaults 复制一份改名为 sdkconfig，然后在工程中使用 make all -j8 && make flash monitor 编译并烧录命令时，会自动调用汇编工具链编译汇编代码。

3.2 汇编代码介绍

需要注意：每个 GPIO（包括 RTC GPIO）都有单独的 hold 功能，由 RTC 寄存器控制。 GPIO 的 hold 功能被置上后， GPIO 在置上 hold 那一刻的状态被强制保持，无论内部信号如何变化，修改 IO_MUX 配置或者 GPIO 配置，都不会改变 GPIO 的状态。所以如果希望在看门狗超时触发内核复位或系统复位时亦或者 Deep-sleep 时 GPIO 的状态不被改变，就需要提前把相应GPIO 的 hold 功能置位。

在下面的汇编代码中，我们需要操作 RTC_GPIO10， 则先应 disable RTC_GPIO10 管脚的 hold 功能后，再操作 RTC_GPIO10 输出高

1.     .global entry
   
2. entry:
   
3.     /* Disable hold of RTC_GPIO10 output */
   
4.     WRITE_RTC_REG(RTC_IO_TOUCH_PAD0_REG,RTC_IO_TOUCH_PAD0_HOLD_S,1,0)
   
5.     /* Set the RTC_GPIO10 output HIGH to signal that ULP is now up */
   
6.     WRITE_RTC_REG(RTC_GPIO_OUT_W1TS_REG,RTC_GPIO_OUT_DATA_W1TS_S+10,1,1)
   
7.     /* Wait some cycles to have visible trace on the scope */
   
8.     wait 1000

复制代码

同理，在进入 Deep-Sleep 之前，拉低 RTC_GPIO10 之后，则需要把 RTC_GPIO10 管脚的 hold 功能置位，使其在系统复位时能够保持原来的电平状态

1.     .global toggle_complete
   
2. toggle_complete:
   
3.     /* Set the RTC_GPIO10 output LOW (clear output) to signal that ULP is now going down */
   
4.     WRITE_RTC_REG(RTC_GPIO_OUT_W1TC_REG,RTC_GPIO_OUT_DATA_W1TC_S+10,1,1)
   
5.     /* Enable hold on RTC_GPIO10 output */
   
6.     WRITE_RTC_REG(RTC_IO_TOUCH_PAD0_REG,RTC_IO_TOUCH_PAD0_HOLD_S,1,1)
   
7.     /* Compare the toggle counter with toggle cycles to wakeup SoC  and wakup SoC if the values match */
   
8.     and r0, r3, toggle_cycles_to_wakeup
   
9.     jump wake_up, eq

复制代码

4. 额外说明

如果你运行了这个例子，而且试图分析各个处理器切换状态，可能会遇到上图中额外多出的 98ms 的疑惑。这里需要说明的是，汇编程序 Polling CPU 并唤醒 CPU 时间是很短的，绝大部分的时间是用来 boot 主 CPU 的（例如主 CPU 上电动作、一级 Bootloader 加载打印等时间消耗）。因为在 DeepSleep 状态下 CPU 的各个模块都是被关掉的，如内部 8MHz 振荡器、40MHz 高速晶振、PLL 及射频模块均禁用；数字内核断电，CPU 内容丢失，这里有一个重新上电加载的过程。

1.     /* Get ULP back to sleep */
   
2.     .global exit
   
3. exit:
   
4.     halt
   
5.     .global wake_up
   
6. wake_up:
   
7.     /* Check if the SoC can be woken up */
   
8.     READ_RTC_REG(RTC_CNTL_DIAG0_REG, 19, 1)
   
9.     and r0, r0, 1
   
10.     jump exit, eq
    
11.     /* Wake up the SoC and stop ULP program */
    
12.     wake
    
13.     /* Stop the wakeup timer so it does not restart ULP */
    
14.     WRITE_RTC_FIELD(RTC_CNTL_STATE0_REG, RTC_CNTL_ULP_CP_SLP_TIMER_EN, 0)
    
15.     halt

复制代码

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作者：espressif
来源：CSDN


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feixiang20

看看了

熊猫火锅

我也是看看，没有人气呀

kindzhon

牛，就是说deepsleep下是可以控制GPIO状态的

cqd4b21f8

大佬，源码能发出来看看吗