功耗管理

2023-10-10

模组支持的功耗模式

蜂窝通信模组支持多种工作模式，每种模式的功耗各不相同，常见的工作模式有以下几种：
ACTIVE：模组进行LTE数传、GSM通话或RTOS在运行逻辑时的状态，功耗受到具体业务和网络通信制式的影响，CPU本身功耗和网络射频功率都有所不同，故实际功耗在不同工况下会有较大差异。

IDLE：此时模组处于空闲状态，硬件正常在电，RTOS保持运行，但没有任何线程需要被执行。有业务启动或网络业务呼入时，会立即恢复运行。ECX00U系列模组会在IDLE模式下降低时钟频率，进入轻睡眠状态（关闭高速时钟，但CPU不休眠的状态）。

休眠：休眠模式的前提是模组处于空闲状态且使能autosleep，进入休眠模式后，RTOS暂停运行，模组的时钟频率会变慢，部分外设控制器（UART、SPI等）下电，同时只保留部分中断控制器，达到减小功耗的目的。

PSM：PSM模式是3GPP协议所规定的一种低功耗模式，这种模式下，模组只会周期性的唤醒并执行业务，其余时间都处于PSM休眠中。PSM休眠时，模组行为和功耗都近似于关机。

关机：模组完全下电的状态，此时BB芯片和外设控制器完全关闭，但PMIC仍是在电的。一般可由Powerkey或者RTC闹钟唤醒。

各平台工作模式支持情况和功耗：

	ECX00U	ECX00G	ECX00N	ECX00M	ECX00E	BG95	EC21
IDLE（LTE FDD@64ms）	12.34 mA	10.1 mA	17.36 mA	16.72 mA	4 mA	18.9 mA(catm@128ms)	16.9 mA
SLEEP(LTE FDD@64ms)	2.05mA	1.99 mA	1.64 mA	1.37 mA	0.64 mA	1.89 mA(catm@128ms)	2.74 mA
SLEEP(CFUN0)	1.29mA	1.03 mA	0.96 mA	0.8 mA	60 μA	0.575mA	1.00 mA
PSM	15 μA	15 μA	不支持	不支持	5 μA	5.10 μA	不支持
关机	33 μA	15 μA	20 μA	38 μA	3 μA	14.87 μA	7 μA

IDLE即是模组空闲的状态，关机则是切断电源，这两种功耗模式我们不多做赘述。实际使用中，我们经常用的休眠模式就是休眠和PSM模式。

休眠

休眠是蜂窝通信模组最常用的一种低功耗模式。模组处于空闲状态时，若autosleep被使能，则模组会进入休眠状态。此时，模组会关闭部分IP核（如外设控制器和中断控制器等）并且降低时钟频率，从而实现功耗的降低。

autosleep是一个控制是否在空闲时进入休眠的标志，其作用和原理后续会详细介绍

RTOS休眠原理

RTOS的休眠机制，基本都是配合CPU的休眠模式使用的。这个模式会关闭CPU、高速时钟和大部分外设（关闭前会保存外设的上下文）。此时SRAM保持在电，保留休眠前CPU的运行状态，因此在唤醒时，可以立即恢复运行，不会有很大的延迟。

休眠检测机制：
RTOS在上电初始化时，会默认建立一个名为IDLE的TASK，优先级为0，也就是说，这个task只在RTOS不运行其它task时才会被调度到。休眠相关处理就在IDLE TASK中被执行。RTOS在IDLE TASK中，会检测模组的外设是否正在使用，网络是否有数据等休眠条件等，满足休眠条件且autosleep使能时，控制模组进入休眠模式。

休眠机制：
RTOS的休眠一般也会指令CPU进入睡眠模式，此时，高速时钟将会关闭，外设会在保存上下文后断电，ARM的内核会停止运行，但NVIC（中断控制器）和SRAM仍可保持运行，任意中断都可将内核唤醒。

唤醒机制：
任意中断均可将内核唤醒，唤醒后内核立即恢复运行，高速时钟恢复输出，为断电的外设恢复上下文，最后恢复应用程序的运行。这种休眠-唤醒模式不仅实现了功耗的降低，还能较快恢复应用程序的运行。

休眠流程图例：

Sleep

不同的RTOS可能实现休眠的逻辑不同，但原理基本类似

典型耗流特征：

consumption_all

蜂窝通信模组休眠

Quecpython支持的蜂窝通信模组要进入休眠，需要先使能休眠模式。不使能休眠模式时，模组空闲时默认处于IDLE状态。

根据前一章节可知，模块空闲时保持IDLE状态还是进入休眠状态，完全取决于是否使能autosleep。换言之，模块空闲时进入休眠时没有任何硬性阻碍，而是完全由用户控制。那么，为什么不选择默认进入休眠呢？

原因是，某些外设需要一直刷新（如LCD）。然而当模组休眠时，这些外设便不能连续工作，而是不断进行掉电->恢复的过程，严重降低了外设的刷新效率和响应速度。同时，由于休眠时采用低速时钟，任何依赖高速时钟的设备即使不掉电也无法正常工作。故而，模组空闲时会默认保持在IDLE状态，维持所有设备的正常工作。

Autosleep机制

autosleep本质上是操作RTOS休眠检测机制中的一个flag，不使能autosleep时，模组的检测机制就会指令模组保持在IDLE状态。autosleep被使能时，检测机制才认为模组处于允许休眠的状态，从而进入休眠的逻辑。

使用方法参见：自动休眠模式控制

休眠锁机制

在某些场景下，我们既要使模组能够进入休眠，又需要在特定代码段保护某些外设的正常工作，这时，我们就要引入休眠锁机制。

休眠锁本质上也是一个flag，允许创建多个。生效机制是：只要有任意一个休眠锁处于lock状态，模组就不会进入休眠。

使用方法参见：创建wake_lock锁

影响蜂窝通信模组休眠的因素

底电流

影响底电流的功耗的原因主要是系统的主频、打开的IP核的功耗，这块和PMIC 相关。
底电流的影响因素主要来源于硬件，包括模组本身和外设两部分：
模组本身的耗流因素主要包括：系统主频、打开的IP核。
外设耗电：部分外设使用模组PMIC进行供电，此时其耗流就会由模组负担。

一般来说，测量底电流时，需要将网络置为CFUN0，使射频停止工作，此时测试出的电流即为模组底电流，正常情况下其特征一般近似直线，如下图：

BaseCurrent

DRX 周期&Paging

基站寻呼（paging）：当网络状态产生变化/需要对UE进行呼叫/ETWS或CMAS系统发送预警时，基站会对模组发起寻呼，通知处于IDLE状态的模组开始进行通信。

DRX周期：模组网络在没有RRC连接的情况下，会周期性的监听基站寻呼，保证基站寻呼到来时能及时响应。这个监听的周期就叫做DRX周期。DRX周期一般有32ms、64ms、128ms几种，DRX周期越短，同样时间内监听基站信号的次数就越多，功耗就越高，但响应寻呼就更及时。反之，DRX周期越长，功耗越低，但响应寻呼的速度越慢。

附上Sleep（CFUN1）模式下耗流图，图中规律性的凸起即为paging，其周期即DRX周期：

Paging

信号质量

信号质量差的时候，在完成相同的网络行为时，模组需要更大的发射功率。这会在两个场景下影响模组功耗：
1.进行网络业务时，耗流会上升，除上文描述的发射功率外，如果网络业务出现了因通信质量差导致的重连或重传，整体的业务时间会被拉长，导致整体耗流进一步上升。
2.模组休眠时，每次寻呼的峰值耗流会上升，导致整体休眠电流上升。

业务数据

模组在进行网络通信时，射频和CPU都会工作，从而产生较大的耗流。一般实际业务中，不会一直进行业务数据传输，常见的业务模式是心跳包。
由于在使用长连接时，如果长期不进行通信，可能会被对端认为已经离线，从而断开连接。所以业务中一般会以固定周期向对端发送一包数据，用来保活长连接。
各心跳周期下的耗流数据(LTE-FDD@64)：

ECX00U	ECX00G	ECX00M	ECX00E	EC21	BG95
5min	2.16 mA	2.13 mA	1.32 mA	4.41 mA	5 mA
10min	1.84 mA	1.76 mA	1.03 mA	3.39 mA	4.43 mA

RRC 释放时间

无线资源控制（Radio Resource Control，RRC），又称为无线资源管理（RRM）或者无线资源分配（RRA），是包括呼叫准入控制、切换、功率控制、信道分配、分组调度、端到端QoS保障等各自独立的调配和管理算法。模组要进行业务时，需要和基站建立RRC连接，只有当RRC连接被释放时，模组才能进入休眠。

但如下图所示，这个RRC连接的生命周期中，只有最开始数秒在进行真正的数据业务。从业务完成到RRC连接释放之间，有一段耗流近似IDLE，却无法休眠的时间，这段耗流的形成和RRC的运营商策略有关：

Paging

为了避免乒乓效应（指网络状态反复切换的情况，会导致更多的系统资源占用和网络性能下降），基站并不会在网络业务完成后立即释放RRC连接，而是会等待一段时间，保证短时间内再次进行业务时无需重新建立RRC连接。RRC连接的时长会因网络环境和运营商策略而不同产生差别，在没有网络数据而RRC未释放的条件下，模组并不会进入休眠。因此RRC连接的时长会显著影响模组功耗。

休眠模式唤醒源

蜂窝通信模组进入休眠模式后，有多种模式可以唤醒模组，包括网络数据、电话、GPIO 中断、Timer等，各种方式实际上都是通过中断来唤醒系统。

Soc 唤醒机制

模组的休眠状态可以由任意中断唤醒（前提是有效的，部分中断控制器处于功耗考虑也会被关闭），唤醒后会在临界区中恢复设备上下文。此时中断控制器中存有此中断的标志，但是不会运行。等待外设恢复完毕，CPU会退出临界区，此时中断的ISR会立即运行。

网络数据&电话唤醒

网络数据&电话：基站通过paging通知模组有呼叫请求，之后cp（或DSP）通过回调唤醒CPU，并通知CPU有网络数据到来，CPU开始将空口数据搬运进协议栈的buffer，此时上层应用（socket或电话）可从协议栈中获取到网络数据。

Network

GPIO 中断唤醒

GPIO可用的前提：GPIO在模组休眠时保持供电，且其连接的中断的控制器也未被关闭。
GPIO硬件被触发时，其连接的中断控制器会立即响应并唤醒CPU，CPU会将外设的上下文恢复，然后退出临界区。此时ISR检测到GPIO的中断已经触发，会立即执行GPIO的中断函数（一般是发消息触发GPIO绑定的回调），最后触发该GPIO绑定的回调函数。

GPIO

timer 唤醒

Timer超时会触发系统定时器绑定的中断，中断控制器会立即响应并唤醒CPU，CPU会将外设的上下文恢复，然后退出临界区。最后通过ISR触发timer绑定的回调。

Timer

唤醒源获取

实际上，从上面三条可以看到，凡是涉及到唤醒行为，都要通过中断控制器进行，这正是休眠模式的特征：由任意中断唤醒。由此，我们可以得出结论：不需要刻意去获取唤醒源，唤醒行为必然对应着特定中断的触发。

唤醒后业务处理

上一条已经做出结论：不需要刻意去获取唤醒源，唤醒行为必然对应着特定中断的触发。那么业务处理的原则也就很简单了：模组出休眠逻辑中，设备的上下文恢复后退出临界区，唤醒中断的ISR就会立即去执行，我们需要的业务逻辑直接由此触发即可，一般都是采用在ISR发送消息或者信号量，来触发对应业务的执行。

弱信号休眠方案

模组在网络未连接时，会主动搜索网络并尝试连接。这种机制保证了模组能以最快速度附着到网络，但也会带来一个功耗问题：当模组所在地信号弱或者无网络时，模组会一直进行搜网，此时无法进入休眠，且射频功耗也较高。

对此问题的解决方案有以下两个:

1.OOS（Out of service）机制：在模组开机/服务中断/射频从关闭状态切换到打开时会尝试驻留小区。如果网络质量较好，模组驻留到当前小区；如果网络质量不好，模组可能驻留失败。除此之外，驻留小区在射频条件不佳的情况下，会造成下行失步，从而模组执行重新驻留。 OoS 算法定义了模组尝试重新驻留的时间，如果未能驻留成功，则模组会进入睡眠状态，睡眠一定时间后，再次尝试进行网络驻留。通常的OSS机制随着尝试网络驻留的次数增加，休眠时间也会相应增长（增加到上限就不会再增加了，按最大的睡眠时间往复尝试）。例如：

第一阶段：睡眠30s,尝试驻留到小区，重复10次；

第二阶段：睡眠45s,尝试驻留到小区，重复10次；

第三阶段：睡眠60s,尝试驻留到小区，从此依次往复此过程。

模组的的OOS机制一般会尝试多次后才停止，且该时间段内射频一直处于工作状态，相较于正常网络环境，该机制可能会产生更多的的耗流。

2.在业务中自行执行退避和重连的流程。在一定时间内网络未连接时，可手动停止搜网，如指令模组进入飞行模式等，需要重连时，恢复全功能模式即可，实际上就是业务中可自行控制时间和处理逻辑的退避模式，代码示例如下：

import net
import checkNet %%
def check_net_status():
    stage, state = checkNet.waitNetworkReady(30)
    if stage == 3 and state == 1:
        print('Network connection successful.')
    else
        net.setModemFun(4)

def reconnect():
    net.setModemFun(1)

典型应用

网络例程：网络主动发送心跳包&模块接收寻呼唤醒

#利用MQTT来实现心跳包和接受寻呼
from umqtt import MQTTClient
import utime
import net
import sim
import sms
import _thread
import gc
import pm

sub_path = '/a1A5W32fexl/test2/user/Text'
pub_path = '/a1A5W32fexl/test2/user/Text'
state = 0
a = 0
global c

def sub_cb(topic, msg):
    global state
    print("subscribe recv:")
    print(topic, msg)

def err_cb(err):
    print("thread err:")
    print(err)

def wait_msg():
    global c
    while True:
        try:
            c.wait_msg()
        except OSError as e:
            print("wait_msg thread err: %s"%str(e))
            break

global c
c = MQTTClient(
    client_id="a1A5W32fexl.test2|securemode=2,signmethod=hmacsha256,timestamp=1675836667378|",
    server="a1A5W32fexl.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",
    port=1883,
    user="test2&a1A5W32fexl",
    password="a5882fb77108cbd93f1413a403b31ed06d0c0e97c0ebca4b0b2f8dffe286da77",
    ssl=False,
    keepalive=600) #keepalive：MQTT的保活机制，此处为每10min发送一次心跳包
c.error_register_cb(err_cb)
c.set_callback(sub_cb)
print('set_callback')
pm.autosleep(1)#打开休眠模式
c.connect()#连接MQTT，本质上建立TCP长连接
print('connect')

print("MQTT is connecting")
c.subscribe(sub_path)
print("Connected to mq.tongxinmao.com, subscribed to %s" % sub_path)
c.publish(pub_path, b"hello")
print("Publish topic: %s, msg: hello" % pub_path)

_thread.start_new_thread(wait_msg, ())#监听MQTT,等待数据到来，本质上就是等待寻呼，低功耗无需做特殊处理，心跳包发送、接收时会自动唤醒模组

硬件例程1：GPIO/keypad 等外部硬件中断唤醒

import pm
pm.autosleep(1)#开启休眠

# 创建ExtInt对象
from machine import ExtInt
def fun(args):
        f = open("/usr/log.txt", "a+") #以追加模式打开一个文件，低功耗时无法连接交互口，在文件中保存调试信息
        f.write('### interrupt  {} ###'.format(args)) # args[0]:gpio号 args[1]:上升沿或下降沿，写入文件
        f.close()#关闭文件，保存写入信息

extint = ExtInt(ExtInt.GPIO1, ExtInt.IRQ_FALLING, ExtInt.PULL_PU, fun)#给GPIO1绑定回调fuction

extint.enable()#使能GPIO中断

#进入低功耗后测试触发GPIO1，然后连接USB，查看文件是否写入了正确信息。
#若文件中写入了正确的信息，说明低功耗模式下GPIO中断有效唤醒了模组，并且执行了其绑定的中断。

硬件例程2：UART唤醒和接收

"""
运行本例程，需要通过串口线连接开发板的 MAIN 口和PC，在PC上通过串口工具
打开 MAIN 口，并向该端口发送数据，即可看到 PC 发送过来的消息。
"""
import _thread
import utime
import pm
from machine import UART

'''
将主串口接到串口小板上，连接到PC
 * 参数1：端口
        注：选择主串口，所有平台的主串口都支持低功耗唤醒机制，其它串口具有不确定性
        UART2 – MAIN PORT
 * 参数2：波特率
 * 参数3：data bits  （5~8）
 * 参数4：Parity  （0：NONE  1：EVEN  2：ODD）
 * 参数5：stop bits （1~2）
 * 参数6：flow control （0: FC_NONE  1：FC_HW）
'''


class Example_uart(object):
    def __init__(self, no=UART.UART2, bate=115200, data_bits=8, parity=0, stop_bits=1, flow_control=0):
        self.uart = UART(no, bate, data_bits, parity, stop_bits, flow_control)
        self.uart.set_callback(self.callback)


    def callback(self, para):
        if(0 == para[0]):
            self.uart.write("UART WAKRUP!")#在串口RX回调中发送特定数据  


    def uartWrite(self, msg):
        self.uart.write(msg)

    def uartRead(self, len):
        msg = self.uart.read(len)
        utf8_msg = msg.decode()
        return utf8_msg


if __name__ == "__main__":
    uart_test = Example_uart()
    pm.autosleep(1)


# 进入低功耗后向主串口发送数据，如果返回了"UART WAKRUP!"，则串口唤醒低功耗成功，并执行了发送
# 注：部分平台会丢一包数据

硬件例程3：利用功耗锁在休眠唤醒时保护硬件时序和状态

from machine import SPI
import utime
import pm

spi_obj = SPI(0, 0, 1)

if __name__ == '__main__':
    pm.autosleep(1)

    lpm_fd = pm.create_wakelock("test", len("test"))#创建功耗锁，保护SPI读写

    pm.wakelock_lock(lpm_fd) #功耗锁上锁，开始spi读写

    r_data = bytearray(5)  # 创建接收数据的buff
    data = b"world"  # 测试数据

    ret = spi_obj.write_read(r_data, data, 5)  # 写入数据并接收
    spi_log.info(r_data)

    pm.wakelock_unlock(lpm_fd)#释放功耗锁，允许在SPI不进行读写时进入低功耗

常见问题

1.无法正常进入休眠:排查唤醒源

常见唤醒源	备注
功耗锁	任一把锁未释放都无法休眠，需要全部释放
UART	UART有数据时不可休眠
USB	USB插入不可休眠
Thread	Thread运行时不会进入IDLE，无法休眠
SPI	SPI有数据时无法休眠
LVGL	LVGL会不断刷新，休眠时应使LVGL先进入sleep

2.正常进入休眠后底电流高，检测硬件和网络环境，需要检查的部分包括：

耗流源	备注
PWM	PWM控制器可在休眠时使用低速时钟进行输出
GPIO	GPIO休眠时能够保持对外输出，需要检查是否漏电
VDD_EXT	常开电源，休眠时需要检查漏电

3.网络环境导致功耗高

影响因素	备注
射频功耗	检查paging时耗流峰值和网络质量
RRC周期	检查业务完成到RRC链接释放的时间

PSM 模式

什么是PSM 模式

PSM模式是一种比休眠模式功耗更低的低功耗模式，其硬件原理就是模组关机+RTC闹钟唤醒。与关机+RTC闹钟唤醒相比，PSM模式有以下两点不同：

1.RTC闹钟的唤醒时间由网络下发。

2.进入PSM模式时，模组虽然关机，但核心网仍然保留其注网信息。因此PSM唤醒时无需重新进行网络附着，联网速度更快，且功耗更低。

PSM模式是在UE空闲一定时间后关闭信号的收发，以及AS层相关功能，这相当于部分关闭，降低了天线、射频、信令处理等功耗。

PSM模式的优点是可以长时间睡眠，但缺点是无法及时应对终端接收（移动终端、MT）服务。主要应用在远程抄表和一些对实时性要求不高的场景中。

PSM 模式原理

PSM是一种比常规休眠功耗功耗更低的模式，但其运行需要网络侧支持。

启用PSM时，需要先向基站发送请求（通过ATTACH或TA_UPDATER携带定时器信息）。基站若支持进入PSM，则会在对应的REQUEST中下发定时器信息，需要注意的是，实际PSM的参数会使用基站下发的值，并不一定和我们请求的值相同。

模组会以基站下发的值来配置定时器时间，当模组进入IDLE且ACT定时器超时，模组会关闭CPU和一切射频，此时相当于部分关机，只是保留了比关机更多的唤醒源，一般包括ACT、TAU定时器和PSM_INT。功耗一般下降到微安级别。此时由于基站已经记录UE使用PSM，不会断开此UE的连接，下次如果在同一小区内重新开机，就无需拨号，直接用原有的IP等信息，进一步减少了功耗。

当PSM TAU定时器超时、RTC_alarm到期或PSM_INT等唤醒源被触发时，模组会被唤醒。由于硬件上CPU（包括SRAM）和PA均被下电，此时并不能恢复休眠前运行状态，而是要重新走开机流程。开机后可进行网络业务，网络业务完成且RRC被释放后ACT定时器编开始计时，超时便进入PSM中。

整体流程如下：

PSMProcess

最终，在两个定时器的作用下，模组会进行周期性的休眠，唤醒切换，但只有在唤醒的时候，才能进行网络业务，休眠时是无法响应网络寻呼的。

耗流特征如下(本示例每1min唤醒一次)：

Timer

ACT和TAU定时器

ACT，又称T3324，当模组完成网络业务（即RRC连接释放时）开始计时，超时后立即进入PSM。

TAU，又称T3412，当模组完成网络业务（即RRC连接释放时）开始计时，超时后，若模组在PSM模式，会将模组唤醒。

它们的时序关系如下图：

Timer

模组收到基站下发的PSM时间后，会立即启动一个RTC闹钟和一个Timer。RTC闹钟是PSM模式的唤醒源，超时时间就是T3412的值，也就是说，经过T3412时间后，模组会被RTC唤醒，进入下一个周期。Timer的超时时间是T3324，只有其超时后模组才可能进入PSM模式，即RTC闹钟将模组唤醒后，模组会保持运行的时间为T3324。

由此可见，要想模组能正常进入PSM，T3324必须小于T3412，否则便会出现RTC闹钟已经超时，模组仍无法进入PSM模式的情况。

PSM &RTC 模式下的功耗以及各平台支持情况

	ECX00U	ECX00G	ECX00M	ECX00E	BG95
PSM	15 uA	15 uA	不支持	5uA	5.10 uA
RTC+关机	33 uA	15 uA	38 uA	5uA(非关机，hibernate休眠模式)	14.87 uA

PSM 唤醒源

PSM_INT

PSM_INT是唤醒PSM的引脚，此引脚一般都引出自PMIC。PSM_INT的功能是固化的，不需要额外的配置，进入PSM休眠后按照指定方式触发即可唤醒模组。

但对于ECx00E系列模组，没有专门的PSM_INT，而是由wakeup引脚实现此功能，wakeup引脚需要在休眠前进行配置。

RTC 闹钟

RTC闹钟能将模块从PSM模式下唤醒。其使用方法与模块关机时RTC闹钟的使用方法相同。

参见：RTC相关API说明

Powerkey

Powerkey也能唤醒PSM模式，作用原理和触发开机一致。

TAU Timer

上文描述过，TAU定时器超时会唤醒模组。

注意：BG95 的TAU Timer 和RTC alarm复用了同一个PMIC唤醒源，因此PSM和RTC不能同时使用

PSM 典型应用

PSM功耗虽低，但有以下缺点：

1.PSM启动时需要走重启逻辑，应用恢复时间远远长于autosleep；

2.产生小区切换时，无法拿到原有的网络信息，导致出现掉网和重新注网问题，反而会使耗流上升；

3.PSM休眠时不响应寻呼

所以PSM的应用场景一般满足以下三个条件：

1.定时任务间隔较长，可忽略启动时间

2.较少进行移动，不会频繁切换小区

3.对数据实时性要求不高

示例代码：

import utime
import pm
from machine import RTC
from misc import Power
import checkNet

def Business_code_example(run_time):
    i = 0
    for i in range(run_time):	
        print("Business app running")
    	#Business code here  
        utime.sleep(1)

    return    

def psm_try_set():
    if pm.get_psm_time()[0] == 1:#开机时获取psm是否设置，如果已经使能，则无需再次进行设置
        print("PSM has been enable, set pass")
        return 0
    else:
        return pm.set_psm_time(0,1,0,1)#T3412=10min T3324=1min

def psm_failed_handle(delay_time):
    utime.sleep(delay_time)#等待指定时长后，若模组仍未进入PSM模式，才会往下运行。此处执行PSM失败的处理逻辑，即代之以关机+RTC关机闹钟

    rtc = RTC()
    tm_rtc_tuple = rtc.datetime()
    tm_rtc_second = utime.mktime((tm_rtc_tuple[0], tm_rtc_tuple[1], tm_rtc_tuple[2], tm_rtc_tuple[4], tm_rtc_tuple[5], tm_rtc_tuple[6], 0, 0))

    alarm_second = tm_rtc_second + 600#RTC闹钟设为当前时间 + 10min
    alarm_tuple = utime.localtime(alarm_second)

    rtc.set_alarm([alarm_tuple[0], alarm_tuple[1], alarm_tuple[2], alarm_tuple[6], alarm_tuple[3], alarm_tuple[4], alarm_tuple[5], 0])
    rtc.enable_alarm(1)

    Power.powerDown()


if __name__ == '__main__':
    psm_failed_delay_time = 60 + 30 #PSM的 T3324超时30S后，启用错误处理逻辑
    lpm_fd = pm.create_wakelock("psm_lock", len("psm_lock")) #申请功耗锁

    stage, state = checkNet.waitNetworkReady(30)
    if stage == 3 and state == 1:
        print('Network connection successful.')
        psm_try_set() #网络连接成功时尝试设置PSM，如果PSM设置已经生效，则不用再次设置
    else:
        print('Network connection failed.')
        psm_failed_delay_time = 1 #PSM依赖网络，无网络时应立即使用RTC代替之

    pm.wakelock_lock(lpm_fd)#锁定功耗锁，防止业务运行过程中出现sleep时错误进入PSM模式
    Business_code_example(10)#业务代码运行  
    pm.wakelock_unlock(lpm_fd)#业务运行完成后，释放功耗锁。模组空闲状态且T3324超时后，自动进入PSM

    psm_failed_handle(psm_failed_delay_time)#运行错误处理，若模组能正常进入PSM，在sleep中就进入PSM了，该处实际的处理逻辑并不会运行

点此在github中下载完整代码

如何进入PSM

需要在联网，且确认运营商支持PSM的前提下使用。根据业务需求决定ACT和TAU的周期，通过API设置即可：

参见：PSM相关API说明

PSM_INT 应用

EC600U和BG95支持此引脚，上升沿触发，进入PSM时模组PMIC会默认配置此引脚，确保触发方式正确即可在PSM模式下唤醒模组。

ECX00E系列模组使用wakeup引脚，需要额外进行配置

弱信号PSM 方案

弱信号下PSM实际并不能保证生效，因为和基站的东西实际上未必能够正常建立，更罔论请求与下发TAU和ATC定时器是否正常。
此时我们可以主动在业务中的解决，同行方案是：设定一个最大尝试联网的时间，若超过这个时间且网络仍未能正常连接，转而使用关机+RTC alarm来实现方案。

不支持PSM 的运营商的方案

如果运营商不支持PSM，基站会设法阻碍模组进入PSM。常见的行为有三种：

在模组向基站请求定时器时，直接REJECT请求(此情况很少，绝大部分为后两种)。
下发不成对的ACT和TAU定时器，不成对的定时器无法使模组进入PSM。
不下发定时器

此时，只能通过RTC闹钟定时唤醒关机来实现类似的业务需求，这种方式也能达到在无需数据交互时减少耗流。但从关机状态重新开机相比PSM多了一个注网和拨号的动作，在每次唤醒注网时都会产生更多射频功耗。

此外，ECX00E系列模组在不支持PSM时需要通过pm.forcehib()方法强制进入hibernate休眠，因为此平台关机时RTC无法维持运行。

常见问题排查

1.PSM设置返回True，但无法进入

基站可能不支持PSM，确认这一点的方法是从CPlog中查看基站下发的信息，需要查看的条目为：

ATTACH_REQUEST

ATTACH_ACCEPT

TA_UPDATE_REQUEST

TA_UPDATE_ACCEPT

如图，模组设置成功后，REQUEST一定会带有成对的定时器信息，我们需要关注ACCEPT中基站是否正确下发了定时器信息。

Timer

如图，网络环境不支持PSM，基站未下发成对的定时器，只下发了一个ACT定时器，这时候是不能进入PSM的：

Timer

2.PSM成功进入，但休眠-唤醒周期与设置的不同

同样的，查看以上CPlog条目，基站下发的定时器周期可能不等于设置的值，且模组最终以基站下发的值为准。

常见应用场景

对讲机低功耗方案

RRC快速释放：对讲机的网络业务是不固定的，随机触发的。快速释放RRC能够保证在任何一个随机时间点，都能在对讲后快速释放RRC，从而进入休眠。

业务上，将周期性任务的时间周期尽量统一，或均为某个最小周期的整数倍。在单次唤醒中处理尽量多的周期性任务（心跳包、呼吸灯、定位等）。若周期性任务时间不统一，唤醒次数会增加，同一周期内休眠的时间占比会下降。如果唤醒太频繁，甚至无法进入休眠。

tracker 低功耗方案

RRC快速释放：tracker是一个定位器，位置是不固定的，定期进行一次定位。可使用RRC快速释放减少RRC连接保持的时长，从而降低整体耗流。

表计、门磁低功耗方案

PSM，此类产品的唤醒间隔较长，且一般不会经常移动，对数据的实时性要求不高，可采用PSM。若需要在无网络或运营商不支持的情况下使用，可采用关机+RTC闹钟定时唤醒的方案。

根据功耗需求选型

uA级耗流：必须选择支持PSM或关机RTC唤醒的型号

mA级耗流：全平台支持autosleep，根据其它需求评估适合型号

待机时间推算方法

1.首先确定电池选型，得到电池容量。

2.确定模组选型，根据规格书和实际业务计算平均待机电流。如果需要准确的待机电流，应保持整机按照业务流程运行，然后使用功耗仪测试出平均待机电流。

3.从待机时间的计算公式：待机时间 = 电池容量/ 平均待机电流

例如：已知电池容量800mah，给ECX00E系列模组供电。ECX00E系列模组在autosleep模式下保持网络连接（LTE-FDD@64）时平均待机电流约0.64mA。

则实际待机时间T=800mah/0.64mA=1250h

耗流测试指导

耗流测试概述

有多种方法可以测量模组消耗的电流。首选方法通常是使用专用功率分析仪。功率分析仪通常能够根据电流大小自动切换电流测量范围，采样频率和精度也较高。可以精确测量电流，并记录具有大动态范围的电流消耗。

除了功率分析仪外，也可以用电流表来测试模组耗流，但电流表的范围并不能动态变化，故难以记录动态范围较大的模组耗流。

需要注意的是，若要测试准确的模组电流，需要尽量排除外围电路的影响，最好将模组电源直连到功耗仪上。

耗流测试前的准备

首先，将功耗分析仪的电压调整到待测设备的额定电压（注意，这一步必须先进行，防止给待测设备输入过高电压导致损坏），将功耗分析仪的输出和GND连接到待测设备的输入引脚上（对蜂窝通信模组而言，供电引脚一般称为VBAT，部分模组有两路独立的VBAT，分为VBAT_RF和VBAT_BB，都要连接到功耗分析仪上）。

对于上图的耗流待测设备而言，模组供电来自于红框内的VBAT，底板上其它器件的供电来自于底板DC电源或USB，因此，VBAT的耗流就完全是模组功耗。

检测耗流测试环境

在进行耗流测试前，我们应检测耗流测试的健全性。用已知功耗符合标准的待测设备，接入当前测试环境并测试耗流。
将此时获取的结果和标准耗流进行对比，若数据与标准相符合，则本测试环境是符合要求的，可以进行功耗测试。反之，需要排除影响耗流检测结果的因素。

测量关机耗流

待测设备硬件连接完毕后，不进行开机，断开USB_VBus，即可直接测量关机电流。此时，模组不工作，对外的输出引脚也全部拉低或悬空，整体平均耗流保持相对稳定，基本都在uA级。

测量模组休眠电流

完成关机电流测量后，长按powerkey开机，模组开机默认的功耗模式是IDLE，我们需要调用休眠相关的接口，让模组在空闲时进入休眠，操作方法参见autosleep相关API说明。设置完休眠后，注意断开USB，USB连接时模组无法进入休眠。

进入休眠模式后，模组应有的耗流波形会有周期稳定的凸起，这就是上文所述的DRX周期，如下图：

因为单个DRX周期的功耗具有一定随机性，此时模组平均耗流的计算应选取数个完整的DRX周期，取平均值。如上图，即是选取了三个完整周期，算出此时休眠的平均耗流。功率分析仪一般提供了特定时间段内平均耗流的计算功能，选取数个DRX周期即可。

测量开机时模组的底电流

完成联网情况下耗流测试后，重新连接USB，指令模组将射频关闭，接口见此处net - 网络工作模式配置。配置完成后，断开USB，观察耗流，此时模组空闲且射频被关闭，所耗的电流是模组休眠时可达的最低水平，这时候的电流一般可称之为底电流：

底电流近似一条稳定直线，选取一段平均电流即可。

测量PSM电流

测量PSM耗流之前，我们要设置PSM模式并检测是否生效，应用方法和检测PSM是否生效的方法可参照前文[PSM模式章节](#PSM 模式)。

确认能正常进入PSM休眠后，断开USB，我们开始测试。等待ACT定时器超时后，我们可查看PSM休眠下的底电流。

如图可见，PSM的底电流远低于普通的autosleep模式，和关机耗流的大小、特征较为相似。

PSM会定期被TAU定时器唤醒，完成网络交互，所以会有一个周期和TAU相符的耗流尖峰：

同样，PSM平均耗流需要取多个周期计算平均值

常见的耗流源以及排查思路

软件和硬件的设计失误均会导致模组耗流无法达到预期水准，以下介绍一些常见的唤醒或耗流源，以及对应的排查思路。

1.代码运行

在任何线程中，代码运行必然会导致模组定期唤醒，此时的耗流特征为：底电流符合要求，但不能一直保持休眠。如果代码持续运行或两次运行的间隔时间过短，模组就无法进入休眠。

import utime

while 1:
    print("Can't sleep!")#软件耗流源例1：死循环，任何线程出现死循环时无法进入休眠
    utime.sleep(1)#任务运行的间隔足够长时,在两次运行的间隔可以进入休眠，但任务再次运行时，模组将被唤醒

排查思路：分解业务逻辑，逐个关闭运行的代码块，当出现某一块逻辑关闭后，耗流恢复预期。则可定位此处逻辑是否有异常唤醒。

2.定时器
定时器，包括osTimer、RTC和硬件定时器，超时都会唤醒模组，此时的耗流特征为：底电流符合要求，但不能一直保持休眠。如果两次超时时间过短，模组会无法进入休眠。

import osTimer

def test_cb(arg):
    print("Will wakeup!!")
# 创建os定时器
timer = osTimer()#软件耗流源例2：定时器，定时器超时会唤醒模组
# 启动循环定时器，未停止就会一直定期唤醒
timer.start(10000,1,test_cb)

排查思路：分解业务逻辑，逐个关闭定时器，当出现某一个定时器，耗流恢复预期。则可定位此处定时器是否有异常唤醒。

3.外设通信
外设通信，包括SPI、串口和I2C等。这些外设通信需要高速时钟的保障，因此通信时无法休眠。此时的耗流特征为：底电流符合预期，但不能一直保持休眠，唤醒行为和外设是否来数据有关。

排查思路：
1.关闭外设通信，寻找是哪一路通信引发的模组功耗异常。
2.排查对端，与模组通信的时间和频率是否符合需求。
3.如果对端发送不可控制，而模组又需求进入休眠，可在休眠前关闭响应的外设，不接收对端的数据。

4.休眠锁
休眠锁会直接锁定RTOS状态，使之在模组空闲且使能过休眠的情况下，仍保持在IDLE，而非进入sleep。此时无法进入休眠，模组空闲时耗流特征和模组IDLE耗流对应。

排查思路：
模组日志中一般可见休眠锁阻止休眠的条目，可通过日志分析是否有休眠锁未释放。

5.硬件漏电
在实际应用中，常出现某电压域漏电的情况。对整机而言，任何电压域产生漏电（例如：不经电阻接地、电压域内元件异常耗电等），就会引起整体耗流上升。此时的耗流特征为：底电流不符合预期，但开启和关闭休眠能观察到明显的耗流变化（即模组能正常进入休眠，但底电流不符合预期）。

排查思路：
1.对于模组IO能够控制的电压域，根据实际情况做拉高或拉低处理，原则是将电压域的电源切断。对于切断后耗流下降显著的电压域进行排查，检查是否有对地漏电或元器件异常耗流。

2.对于模组无法控制的电压域，可在硬件上做断开处理，对于切断后耗流下降显著的电压域进行排查，检查是否有对地漏电或元器件异常耗流。

常见的耗流器件：
LCD：背光和驱动芯片均有耗流，如果LCD持续刷新，还会导致模组无法进入休眠，休眠时LCD应停止刷新并熄屏
上拉电路：没有电阻或二极管进行扼流时，上拉电路对低电平会产生较大漏电
电平转换芯片：部分电平转换芯片输入阻抗较低，漏电流较高。
audio 功放电路：漏电流较高，不用时应关闭
触摸芯片：耗流较高，进入休眠时可指令触摸芯片进入低功耗或直接关闭
PHY网卡：耗流较高，进入休眠时应控制网卡进入低功耗（但为了保持网络连接，此设备不能关闭）

多线程

系统时间

QuecPython

功耗管理

模组支持的功耗模式

休眠

RTOS休眠原理

蜂窝通信模组休眠

Autosleep机制

休眠锁机制

影响蜂窝通信模组休眠的因素

底电流

DRX 周期&Paging

信号质量

业务数据

RRC 释放时间

休眠模式唤醒源

Soc 唤醒机制

网络数据&电话唤醒

GPIO 中断唤醒

timer 唤醒

唤醒源获取

唤醒后业务处理

弱信号休眠方案

典型应用

常见问题

PSM 模式

什么是PSM 模式

PSM 模式原理

ACT和TAU定时器

PSM &RTC 模式下的功耗以及各平台支持情况

PSM 唤醒源

PSM_INT

RTC 闹钟

Powerkey

TAU Timer

PSM 典型应用

如何进入PSM

PSM_INT 应用

弱信号PSM 方案

不支持PSM 的运营商的方案

常见问题排查

常见应用场景

对讲机低功耗方案

tracker 低功耗方案

表计、门磁低功耗方案

根据功耗需求选型

待机时间推算方法

耗流测试指导

耗流测试概述

耗流测试前的准备

检测耗流测试环境

测量关机耗流

测量模组休眠电流

测量开机时模组的底电流

测量PSM电流

常见的耗流源以及排查思路