esp-idf/docs/zh_CN/api-reference/system/sleep_modes.rst

睡眠模式
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:link_to_translation:`en:[English]`

{IDF_TARGET_SPI_POWER_DOMAIN:default="VDD_SPI", esp32="VDD_SDIO"}

概述
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{IDF_TARGET_NAME} 具有 Light-sleep 和 Deep-sleep 两种睡眠节能模式。根据应用所使用的功能，还有一些细分的子睡眠模式。关于这些睡眠模式和其子模式，参见 :ref:`sleep_modes`。另外，还可以配置一些断电选项来进一步减少功耗，请参见 :ref:`power_down_options` 。

睡眠模式有多种唤醒源。这些唤醒源也可以组合在一起，此时任何一个唤醒源都可以触发唤醒。:ref:`api-reference-wakeup-source` 详细描述了这些唤醒源，以及配置 API。

断电选项和唤醒源的配置不是必要的，并且可以在进入睡眠模式前的任意时候进行。

最后，应用通过调用开始睡眠的 API 来使芯片进入其中一种睡眠模式，更多详情请参见 :ref:`enter_sleep`。当唤醒条件满足，芯片就会从睡眠中被唤醒。关于如何获取唤醒原因，请参见 :ref:`wakeup_cause` 。关于醒来后如何处理唤醒源，请参见 :ref:`disable_sleep_wakeup_source` 。

.. _sleep_modes:

睡眠节能模式
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在 Light-sleep 模式下，数字外设、CPU、以及大部分 RAM 都使用时钟门控，同时电源电压降低。退出该模式后，数字外设、CPU 和 RAM 恢复运行，内部状态保持不变。

在 Deep-sleep 模式下，CPU、大部分 RAM、以及所有由时钟 APB_CLK 驱动的数字外设都会被断电。芯片上继续处于供电状态的部分仅包括：

    .. list::

        - RTC 控制器
        :SOC_ULP_SUPPORTED: - ULP 协处理器
        :SOC_RTC_FAST_MEM_SUPPORTED: - RTC 高速内存
        :SOC_RTC_SLOW_MEM_SUPPORTED: - RTC 低速内存

.. only:: SOC_BT_SUPPORTED

    睡眠模式下的 Wi-Fi 和 Bluetooth 功能
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

    在 Light-sleep 和 Deep-sleep 模式下，无线外设会被断电。因此，在进入这两种睡眠模式前，应用程序必须调用恰当的函数（:cpp:func:`esp_bluedroid_disable`、:cpp:func:`esp_bt_controller_disable` 或 :cpp:func:`esp_wifi_stop`）来禁用 Wi-Fi 和 Bluetooth。在 Light-sleep 或 Deep-sleep 模式下，即使不调用这些函数也无法连接 Wi-Fi 和 Bluetooth。

.. only:: not SOC_BT_SUPPORTED

    睡眠模式下的 Wi-Fi 功能
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

    在 Light-sleep 和 Deep-sleep 模式下，无线外设会被断电。因此，在进入这两种睡眠模式前，应用程序必须调用恰当的函数 (:cpp:func:`esp_wifi_stop`) 来禁用 Wi-Fi。在 Light-sleep 或 Deep-sleep 模式下，即使不调用此函数也无法连接 Wi-Fi。

如需保持 Wi-Fi 连接，请启用 Wi-Fi Modem-sleep 模式和自动 Light-sleep 模式（请参阅 :doc:`电源管理 API <power_management>`）。在这两种模式下，Wi-Fi 驱动程序发出请求时，系统将自动从睡眠中被唤醒，从而保持与 AP 的连接。

.. _api-reference-wakeup-source:

唤醒源
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通过 API ``esp_sleep_enable_X_wakeup`` 可启用唤醒源。唤醒源在芯片被唤醒后并不会被禁用，若你不再需要某些唤醒源，可通过 API :cpp:func:`esp_sleep_disable_wakeup_source` 将其禁用，详见 :ref:`disable_sleep_wakeup_source`。

以下是 {IDF_TARGET_NAME} 所支持的唤醒源。

定时器
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RTC 控制器中内嵌定时器，可用于在预定义的时间到达后唤醒芯片。时间精度为微秒，但其实际分辨率依赖于为 RTC SLOW_CLK 所选择的时钟源。

.. only:: SOC_ULP_SUPPORTED

    关于 RTC 时钟选项的更多细节，请参考 *{IDF_TARGET_NAME} 技术参考手册* > *ULP 协处理器* [`PDF <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#ulp>`__]。

在这种唤醒模式下，无需为睡眠模式中的 RTC 外设或内存供电。

调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_timer_wakeup` 函数可启用使用定时器唤醒睡眠模式。

.. only:: SOC_PM_SUPPORT_TOUCH_SENSOR_WAKEUP

    触摸传感器
    ^^^^^^^^^^^^^^

    RTC IO 模块中包含这样一个逻辑——当发生触摸传感器中断时，触发唤醒。要启用此唤醒源，用户需要在芯片进入睡眠模式前配置触摸传感器中断功能。

    .. only:: esp32

        ESP32 修订版 0 和 1 仅在 RTC 外设没有被强制供电时支持该唤醒源（即 ESP_PD_DOMAIN_RTC_PERIPH 应被设置为 ESP_PD_OPTION_AUTO）。

    可调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_touchpad_wakeup` 函数来启用该唤醒源。

.. only:: SOC_PM_SUPPORT_EXT0_WAKEUP or SOC_PM_SUPPORT_EXT1_WAKEUP

    外部唤醒 (ext0)
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

    RTC IO 模块中包含这样一个逻辑——当某个 RTC GPIO 被设置为预定义的逻辑值时，触发唤醒。RTC IO 是 RTC 外设电源域的一部分，因此如果该唤醒源被请求，RTC 外设将在 Deep-sleep 模式期间保持供电。

    在此模式下，RTC IO 模块被使能，因此也可以使用内部上拉或下拉电阻。配置时，应用程序需要在调用函数 :cpp:func:`esp_deep_sleep_start` 前先调用函数 :cpp:func:`rtc_gpio_pullup_en` 和 :cpp:func:`rtc_gpio_pulldown_en`。

    .. only:: esp32

        在 ESP32 修订版 0 和 1 中，此唤醒源与 ULP 和触摸传感器唤醒源都不兼容。

    可调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_ext0_wakeup` 函数来启用此唤醒源。

    .. warning:: 从睡眠模式中唤醒后，用于唤醒的 IO pad 将被配置为 RTC IO。因此，在将该 pad 用作数字 GPIO 之前，请调用 :cpp:func:`rtc_gpio_deinit` 函数对其进行重新配置。

    外部唤醒 (ext1)
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

    RTC 控制器中包含使用多个 RTC GPIO 触发唤醒的逻辑。您可以从以下两个逻辑函数中选择其一，用于触发唤醒：

        - 当任意一个所选管脚为高电平时唤醒(ESP_EXT1_WAKEUP_ANY_HIGH)
        - 当所有所选管脚为低电平时唤醒 (ESP_EXT1_WAKEUP_ALL_LOW)

    此唤醒源由 RTC 控制器实现。这种模式下的 RTC 外设和 RTC 内存可以被断电。但如果 RTC 外设被断电，内部上拉和下拉电阻将被禁用。想要使用内部上拉和下拉电阻，需要 RTC 外设电源域在睡眠期间保持开启，并在进入睡眠前使用函数 ``rtc_gpio_`` 配置上拉或下拉电阻。

        esp_sleep_pd_config(ESP_PD_DOMAIN_RTC_PERIPH, ESP_PD_OPTION_ON);
        gpio_pullup_dis(gpio_num);
        gpio_pulldown_en(gpio_num);

    .. warning::
        - 使用 EXT1 唤醒源时，用于唤醒的 IO pad 将被配置为 RTC IO。因此，在将该 pad 用作数字 GPIO 之前，请调用 :cpp:func:`rtc_gpio_deinit` 函数对其进行重新配置。

        - RTC 外设在默认情况下配置为断电，此时，唤醒 IO 在进入睡眠状态前将被设置为保持状态。因此，从 Light-sleep 状态唤醒芯片后，请调用 `rtc_gpio_hold_dis` 来禁用保持功能，以便对管脚进行重新配置。对于 Deep-sleep 唤醒，此问题已经在应用启动阶段解决。

    可调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_ext1_wakeup` 函数来启用此唤醒源。

.. only:: SOC_ULP_SUPPORTED

    ULP 协处理器唤醒
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

    当芯片处于睡眠模式时，ULP 协处理器仍然运行，可用于轮询传感器、监视 ADC 或触摸传感器的值，并在检测到特殊事件时唤醒芯片。ULP 协处理器是 RTC 外设电源域的一部分，运行存储在 RTC 低速内存中的程序。如果这一唤醒源被请求，RTC 低速内存将会在睡眠期间保持供电状态。RTC 外设会在 ULP 协处理器开始运行程序前自动上电；一旦程序停止运行，RTC 外设会再次自动断电。

    .. only:: esp32

        ESP32 修订版 0 和 1 仅在 RTC 外设没有被强制供电时支持该唤醒（即 ESP_PD_DOMAIN_RTC_PERIPH 应被设置为 ESP_PD_OPTION_AUTO）。

    可调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_ulp_wakeup` 函数来启用此唤醒源。

.. only:: SOC_RTCIO_WAKE_SUPPORTED

    GPIO 唤醒（仅适用于 Light-sleep 模式）
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

    .. only:: SOC_PM_SUPPORT_EXT0_WAKEUP or SOC_PM_SUPPORT_EXT1_WAKEUP

        除了上述 EXT0 和 EXT1 唤醒源之外，还有一种从外部唤醒 Light-sleep 模式的方法——使用函数 :cpp:func:`gpio_wakeup_enable`。启用该唤醒源后，可将每个管脚单独配置为在高电平或低电平时唤醒。EXT0 和 EXT1 唤醒源只能用于 RTC IO，但此唤醒源既可以用于 RTC IO，可也用于数字 IO。

    .. only:: not (SOC_PM_SUPPORT_EXT0_WAKEUP or SOC_PM_SUPPORT_EXT1_WAKEUP)

       此外，还有一种从外部唤醒 Light-sleep 模式的方法。启用该唤醒源后，可将每个管脚单独配置为在高电平或低电平时调用 :cpp:func:`gpio_wakeup_enable` 函数触发唤醒。此唤醒源既可以用于 RTC IO，可也用于数字 IO。

    可调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_gpio_wakeup` 函数来启用此唤醒源。

    .. warning::
        在进入 Light-sleep 模式前，请查看您将要驱动的 GPIO 管脚的电源域。如果有管脚属于 {IDF_TARGET_SPI_POWER_DOMAIN} 电源域，必须将此电源域配置为在睡眠期间保持供电。

        例如，在 ESP32-WROOM-32 开发板上，GPIO16 和 GPIO17 连接到 {IDF_TARGET_SPI_POWER_DOMAIN} 电源域。如果这两个管脚被配置为在睡眠期间保持高电平，则您需将对应电源域配置为保持供电。您可以使用函数 :cpp:func:`esp_sleep_pd_config()`::

            esp_sleep_pd_config(ESP_PD_DOMAIN_VDDSDIO, ESP_PD_OPTION_ON);

.. only:: not SOC_RTCIO_WAKE_SUPPORTED

    GPIO 唤醒
    ^^^^^^^^^^^

    任何一个 IO 都可以用作外部输入管脚，将芯片从 Light-sleep 状态唤醒。调用 :cpp:func:`gpio_wakeup_enable` 函数可以将任意管脚单独配置为在高电平或低电平触发唤醒。此后，应调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_gpio_wakeup` 函数来启用此唤醒源。

    此外，可将由 VDD3P3_RTC 电源域供电的 IO 用于芯片的 Deep-sleep 唤醒。调用 :cpp:func:`esp_deep_sleep_enable_gpio_wakeup` 函数可以配置相应的唤醒管脚和唤醒触发电平，该函数用于启用相应管脚的 Deep-sleep 唤醒功能。

UART 唤醒（仅适用于 Light-sleep 模式）
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当 {IDF_TARGET_NAME} 从外部设备接收 UART 输入时，通常需要在输入数据可用时唤醒芯片。UART 外设支持在 RX 管脚上观测到一定数量的上升沿时，将芯片从 Light-sleep 模式中唤醒。调用 :cpp:func:`uart_set_wakeup_threshold` 函数可设置被观测上升沿的数量。请注意，触发唤醒的字符（及该字符前的所有字符）在唤醒后不会被 UART 接收，因此在发送数据之前，外部设备通常需要首先向 {IDF_TARGET_NAME} 额外发送一个字符以触发唤醒。

可调用 :cpp:func:`esp_sleep_enable_uart_wakeup` 函数来启用此唤醒源。

.. _disable_sleep_wakeup_source:

禁用睡眠模式唤醒源
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调用 API :cpp:func:`esp_sleep_disable_wakeup_source` 可以禁用给定唤醒源的触发器，从而禁用该唤醒源。此外，如果将参数设置为 ``ESP_SLEEP_WAKEUP_ALL``，该函数可用于禁用所有触发器。

.. _power_down_options:

断电选项
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应用程序可以使用 API :cpp:func:`esp_sleep_pd_config` 强制 RTC 外设和 RTC 内存进入特定断电模式。在 Deep-sleep 模式下，你还可以通过隔离一些 IO 来进一步降低功耗。

RTC 外设和内存断电
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默认情况下，调用函数 :cpp:func:`esp_deep_sleep_start` 和 :cpp:func:`esp_light_sleep_start` 后，所有唤醒源不需要的 RTC 电源域都会被断电。可调用函数 :cpp:func:`esp_sleep_pd_config` 来修改这一设置。

.. only:: esp32

    注意：在 ESP32 修订版 1 中，RTC 高速内存在 Deep-sleep 期间将总是保持使能，以保证复位后可运行 Deep-sleep stub。如果应用程序在 Deep-sleep 模式后无需复位，您也可以对其进行修改。

.. only:: SOC_RTC_SLOW_MEM_SUPPORTED

    如果程序中的某些值被放入 RTC 低速内存中（例如使用 ``RTC_DATA_ATTR`` 属性），RTC 低速内存将默认保持供电。如果有需要，也可以使用函数 :cpp:func:`esp_sleep_pd_config` 对其进行修改。

.. only:: not SOC_RTC_SLOW_MEM_SUPPORTED and SOC_RTC_FAST_MEM_SUPPORTED

    {IDF_TARGET_NAME} 中只有 RTC 高速内存，因此，如果程序中的某些值被标记为 ``RTC_DATA_ATTR``、``RTC_SLOW_ATTR`` 或 ``RTC_FAST_ATTR`` 属性，那么所有这些值都将被存入 RTC 高速内存，默认情况下保持供电。如果有需要，您也可以使用函数 :cpp:func:`esp_sleep_pd_config` 对其进行修改。

Flash 断电
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默认情况下，调用函数 :cpp:func:`esp_light_sleep_start` 后， flash **不会** 断电，因为在 sleep 过程中断电 flash 存在风险。具体而言，flash 断电需要时间，但是在此期间，系统有可能被唤醒，导致 flash 重新被上电。此时，断电尚未完成又重新上电的硬件行为有可能导致 flash 无法正常工作。

理论上讲，在 flash 完全断电后可以仅唤醒系统，然而现实情况是 flash 断电所需的时间很难预测。如果用户为 flash 供电电路添加了滤波电容，断电所需时间可能会更长。此外，即使可以预知 flash 彻底断电所需的时间，有时也不能通过设置足够长的睡眠时间来确保 flash 断电的安全（比如，突发的异步唤醒源会使得实际的睡眠时间不可控）。

.. warning::
    如果在 flash 的供电电路上添加了滤波电容，那么应当尽一切可能避免 flash 断电。

因为这些不可控的因素，ESP-IDF 很难保证 flash断电的绝对安全。因此 ESP-IDF 不推荐用户断电 flash。对于一些功耗敏感型应用，可以通过设置 Kconfig 配置项 :ref:`CONFIG_ESP_SLEEP_FLASH_LEAKAGE_WORKAROUND` 来减少 light sleep 期间 flash 的功耗。这种方式在几乎所有场景下都要比断电 flash 更好，兼顾了安全性和功耗。

.. only:: SOC_SPIRAM_SUPPORTED

    值得一提的是，PSRAM 也有一个类似的 Kconfig 配置项 :ref:`CONFIG_ESP_SLEEP_PSRAM_LEAKAGE_WORKAROUND`。

考虑到有些用户能够充分评估断电 flash 的风险，并希望通过断电 flash 来获得更低的功耗，因此 ESP-IDF 提供了两种断电 flash 的机制：

    .. list::

        - 设置 Kconfig 配置项 :ref:`CONFIG_ESP_SLEEP_POWER_DOWN_FLASH` 将使 ESP-IDF 以一个严格的条件来断电 flash。严格的条件具体指的是，RTC timer 是唯一的唤醒源 **且** 睡眠时间比 flash 彻底断电所需时间更长。
        - 调用函数 ``esp_sleep_pd_config(ESP_PD_DOMAIN_VDDSDIO, ESP_PD_OPTION_OFF)`` 将使 ESP-IDF 以一个宽松的条件来断电 flash。宽松的条件具体指的是 RTC timer 唤醒源未被使能 **或** 睡眠时间比 flash 彻底断电所需时间更长。

.. note::

    .. list::

        - Light sleep 时，ESP-IDF 没有提供保证 flash 一定会被断电的机制。
        - 不管用户的配置如何，函数 :cpp:func:`esp_deep_sleep_start` 都会强制断电 flash。

配置 IO（仅适用于 Deep-sleep）
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一些 {IDF_TARGET_NAME} IO 在默认情况下启用内部上拉或下拉电阻。如果这些管脚在 Deep-sleep 模式下中受外部电路驱动，电流流经这些上下拉电阻时，可能会增加电流消耗。

.. only:: SOC_RTCIO_HOLD_SUPPORTED and SOC_RTCIO_INPUT_OUTPUT_SUPPORTED

    想要隔离这些管脚以避免额外的电流消耗，请调用 :cpp:func:`rtc_gpio_isolate` 函数。

    例如，在 ESP32-WROVER 模组上，GPIO12 在外部上拉，但其在 ESP32 芯片中也有内部下拉。这意味着在 Deep-sleep 模式中，电流会流经这些外部和内部电阻，使电流消耗超出可能的最小值。

    在函数 :cpp:func:`esp_deep_sleep_start` 前增加以下代码即可避免额外电流消耗::

	rtc_gpio_isolate(GPIO_NUM_12);

.. only:: esp32c2 or esp32c3

    在 Deep-sleep 模式中：
        - 数字 GPIO (GPIO6 ~ 21) 处于高阻态。
        - RTC GPIO (GPIO0 ~ 5) 可能处于以下状态：
            - 如果未启用保持 (hold) 功能，RTC GPIO 将处于高阻态。
            - 如果启用保持功能，RTC GPIO 管脚将会在保持功能开启时处于锁存状态。

.. _enter_sleep:

进入睡眠模式
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应用程序通过 API :cpp:func:`esp_light_sleep_start` 或 :cpp:func:`esp_deep_sleep_start` 进入 Light-sleep 或 Deep-sleep 模式。此时，系统将按照被请求的唤醒源和断电选项配置有关的 RTC 控制器参数。


允许在未配置唤醒源的情况下进入睡眠模式。在此情况下，芯片将一直处于睡眠模式，直到从外部被复位。


UART 输出处理
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在进入睡眠模式之前，调用函数 :cpp:func:`esp_deep_sleep_start` 会冲刷掉 UART FIFO 缓存。

当使用函数 :cpp:func:`esp_light_sleep_start` 进入 Light-sleep 模式时，UART FIFO 将不会被冲刷。与之相反，UART 输出将被暂停，FIFO 中的剩余字符将在 Light-sleep 唤醒后被发送。

.. _wakeup_cause:

检查睡眠唤醒原因
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:cpp:func:`esp_sleep_get_wakeup_cause` 函数可用于检测是何种唤醒源在睡眠期间被触发。

.. only:: SOC_TOUCH_SENSOR_SUPPORTED

    对于触摸传感器唤醒源，可以调用函数 :cpp:func:`esp_sleep_get_touchpad_wakeup_status` 来确认触发唤醒的触摸管脚。

.. only:: SOC_PM_SUPPORT_EXT1_WAKEUP

    对于 ext1 唤醒源，可以调用函数 :cpp:func:`esp_sleep_get_ext1_wakeup_status` 来确认触发唤醒的触摸管脚。


应用程序示例
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- :example:`protocols/sntp`：如何实现 Deep-sleep 模式的基本功能，周期性唤醒 ESP 模块，以从 NTP 服务器获取时间。
- :example:`wifi/power_save`：如何实现 Modem-sleep 模式。

.. only:: SOC_ULP_SUPPORTED

    - :example:`system/deep_sleep`：如何使用 Deep-sleep 唤醒触发器和 ULP 协处理器编程。

.. only:: esp32c3 or esp32c2

    - :example:`system/deep_sleep`：如何通过定时器触发 Deep-sleep 唤醒。

API 参考
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.. include-build-file:: inc/esp_sleep.inc