ASR560X 系列 BLE 低功耗应用指南

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前言

关于本文档

本文档主要介绍 ASR560X 蓝牙 SoC 芯片支持的 4 种低功耗模式，这4种模式按功耗由低到高分别是 DS1（细分为 DS1-A 和 DS1-B）、DS2、DS3 和 DS4。

读者对象

本文档主要适用于以下工程师：

• 单板硬件开发工程师

• 软件工程师

• 技术支持工程师

产品型号

本文旨在介绍用于 ASR560X 系列 BLE 芯片开发的 DOGO 工具的配置与使用。

型号	协议	内核	SiP Flash	功能
ASR560X	BLE 5.1 full feature (compatible with 5.2) BLE SIG Mesh IEEE 802.15.4 2.4G Proprietary	ARM CM0+	1 MB/ 512 KB	AOA/AOD/Voice/IRTxRx/ Quadrature Decoder/Keypad/ 5V UART/5V GPIO/ Wi-Fi concurrent

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文档修订历史

日期	版本号	发布说明
2023.09	V1.1.2	增加了节3.2、3.3和3.4中温度条件设置的描述。

1. Low Power 概述

ASR560X BLE SoC 支持 4 种低功耗模式，按功耗由低到高分别是 DS1、DS2、DS3 和 DS4。

1.1 DS1

DS1 分为 A 和 B 两种模式：

DS1-A模式功耗最低，只支持 GPIO 高电平和低电平唤醒，该模式无法保持 BLE connection，并且仅用于单按键场景。

DS1-B模式只支持 4 个特定的 GPIO 唤醒，分别是 GPIO2，GPIO3，GPIO9 和 GPIO10，支持上升沿和下降沿唤醒，该模式无法保持 BLE connection。

1.2 DS2

DS2 模式支持 GPIO、Sleep timer 和 LPUART 唤醒，可同时支持 8 组 GPIO 唤醒，支持上升沿、下降沿、高电平和低电平唤醒，且每组 GPIO index 可任意配置。该模式无法保持 BLE connection。

1.3 DS3

DS3 模式支持 GPIO、Sleep timer、LPUART 和 BLE timer 唤醒，可同时支持 8 组 GPIO 唤醒，支持上升沿，下降沿，高电平和低电平唤醒，且每组 GPIO index 可任意配置。该模式无法保持 BLE connection，但可以支持 beacon 应用。

1.4 DS4

DS4 模式支持 GPIO、Sleep timer、LPUART 和 BLE timer 唤醒，可同时支持 8 组 GPIO 唤醒，支持上升沿、下降沿、高电平和低电平唤醒，且每组 GPIO index 可任意配置。该模式可以支持 BLE connection。

下表给出了各 Sleep 模式和唤醒源情况：

Sleep模式	唤醒源	说明
DS1-A	GPIO (GPIO2-GPIO29)	不支持BLE connection
DS1-B	Specified GPIO (GPIO2/GPIO3/GPIO9/GPIO10)	不支持BLE connection
DS2	GPIO (GPIO2-GPIO29)/Sleep timer/LPUART	不支持BLE connection
DS3	GPIO (GPIO2-GPIO29)/Sleep timer/LPUART/BLE timer	支持Beacon
DS4	GPIO (GPIO2-GPIO29)/Sleep timer/LPUART/BLE timer	支持BLE connection

2. 程序配置说明

2.1 Sleep Mode Configure 数据结构

Sleep mode configure 数据结构 sonata_sleep_cfg_t 如下所示，其各成员的情况在下文中作了详细说明。

1. slp_mode：用于配置 deep sleep 模式（DS1-4），包括 MODE_DS1_A、MODE_DS1_B、MODE_DS2、MODE_DS3 和 MODE_DS4。

2. pre_slp_mode：用于记录前一次 sleep mode。

3. low_volt：用于检测芯片电压处于高电压模式（>=3.6 V）或低电压模式（<3.6 V）。

4. clk_sel：用于选择睡眠时钟，可配置为 RCO32K 或 XO32K。

5. pwr_supply_mode：用于选择供电模式，可配置为 DC_DC 或 SYS_LDO 模式。

6. slp_duration_backoff：用于配置 sleep duration，默认值为 0（应用在带有 BLE 业务的场景，提前唤醒 SoC 执行相关代码，为 BLE TX/RX 活动做准备）。

7. ds1_wkup_sel：用于配置 DS1 的唤醒源（其中 MODE_DS1_A 模式为 DS1 的特殊模式，此处不需要配置），MODE_DS1_B 模式下，唤醒源只允许配置为特定的 4 组GPIO：GPIO_GROUP_0、GPIO_GROUP_1、GPIO_GROUP_2 和 GPIO_GROUP_3。这 4 组 GPIO index 分别对应 P02、P03、P09 和 P10。

8. ds2_wkup_sel：用于配置 DS2 的唤醒源，可以配置为 SLP_TIMER、LP_UART 和 8 组GPIO：GPIO_GROUP_0，GPIO_GROUP_1，GPIO_GROUP_2，GPIO_GROUP_3，GPIO_GROUP_4，GPIO_GROUP_5，GPIO_GROUP_6 和 GPIO_ GROUP_7。这 8 组 GPIO，每一组都可以独立选择任意的 GPIO index（P02~P29）。

9. ds3_wkup_sel：用于配置 DS3 的唤醒源，可以配置为 SLP_TIMER、LP_UART、BLE_TIMER 和 8 组 GPIO：GPIO_GROUP_0，GPIO_GROUP_1，GPIO_GROUP_2，GPIO_GROUP_3，GPIO_GROUP_4，GPIO_GROUP_5，GPIO_GROUP_6和 GPIO_ GROUP_7。这 8 组 GPIO，每一组都可以独立选择任意的 GPIO index（P02~P29）。

10. ds4_wkup_sel：用于配置 DS4 的唤醒源，可以配置为 SLP_TIMER，LP_UART，BLE_TIMER 和 8 组GPIO：GPIO_GROUP_0，GPIO_GROUP_1，GPIO_GROUP_2，GPIO_GROUP_3，GPIO_GROUP_4，GPIO_GROUP_5，GPIO_GROUP_6 和 GPIO_ GROUP_7。这 8 组 GPIO，每一组都可以独立选择任意的 GPIO index（P02~P29）。

11. gpio：包括两个参数（pad_mapping 和 wkup_method），pad_mapping 用于配置各组 GPIO 具体 index（P02~P29）；wkup_method 用于配置唤醒方式：上升沿（RISING_ WKUP）、下降沿（FALLING_WKUP）、高电平（HIGH_LEVEL_WKUP）和低电平（LOW_LEVEL_WKUP）。

例如：在 MODE_DS4下，ds4_wkup_sel 使用了两组 GPIO 唤醒源（GPIO_GROUP_0 和 GPIO_GROUP_1），其中第一组 GPIO_GROUP_0 配置为 P10 上升沿唤醒，第二组GPIO_GROUP_1 配置为 P12 上升沿唤醒，示例代码如下。

注意

此处配置要一一对应，最多支持 8 组 GPIO 同步唤醒。

备注

其中 DS1_A 模式下的唤醒源配置代码比较特殊，与其他模式唤醒源不共用。详见下页示例代码。

12. lpuart_pad：用于配置 lpuart 唤醒所用到的 Pad（P02~P29）。

13. sleep_timer_val：用于配置 sleep timer timeout count，计时单位是 1s/32768。

14. pull_type_p00_p15：用于配置 P00-P15 的初始状态为 PULLTYPE_PULLUP、PULLTYPE_PULLDOWN 或 PULLTYPE_FLOAT，未配置时默认状态为 PULLDOWN。

15. pull_type_p16_p30：用于配置 P16-P30 的初始状态为 PULLTYPE_PULLUP、PULLTYPE_PULLDOWN 或 PULLTYPE_FLOAT，未配置时默认状态为 PULLDOWN。

16. peri_clk_en：用于使能所用到的外设时钟，其中 CACHE_HCLK_EN、RFCTRL_PCLK_EN 和 QSPI_TOP_HCLK_EN 默认为使能状态，无需再配置。其余外设时钟默认为clock gating 状态以节省功耗，如需被使用，则使能对应的 peri_clk。

17. peri_soft_en：用于使能所用到的 peri_soft，其中 APB_PERI_SOFT_EN、APB_PERI0_SYNC_SOFT_EN、APB_PERI1_ASYNC_SOFT_EN、APB_PERI2_ASYNC_SOFT_EN、CACHE_SOFT_EN、RFCTRL_SOFT_EN 和QSPI_TOP_SOFT_EN 默认为使能状态，无需再配置，其余外设默认 soft reset 住以节省功耗，如需被使用，则使能相应的 peri_soft。

18. app_before_ds_cb 回调函数：用于在 SoC deep sleep 之前调用用户程序。

19. app_before_ds_set_gpio_output_cb：用于在 SoC 睡眠之前设置一些 gpio 输出状态。

20. app_after_wkup_cb 回调函数：用于在 SoC wakeup 之后调用用户程序。

21. app_after_ble_wkup_cb 回调函数：用于在 BLE 协议栈唤醒（ble timing correction）之后调用用户程序。

22. lpuart_init回调函数：若配置 lpuart 唤醒需要执行 lpuart 初始化，示例代码如下：

2.2 Sleep Mode 初始化函数

Sleep mode 初始化函数 app_sleep_init 用于配置 SoC 的 deep sleep mode，下文分别介绍了 DS1-DS4 模式下的代码示例和串口调试结果。

2.2.1 DS1 模式初始化代码示例

DS1 分为 A、B 两种模式，软件中默认使用的是 B 模式，通过如下宏来控制 A、B 模式的切换，其中，0 对应 MODE_DS1_B；1 对应 MODE_DS1_A。

打开此宏，进入 MODE_DS1_A 模式，若使用 P10（DS1_A_P10）作为唤醒源，设置高电平（DS1_A_P10_HIGH_LEVEL_WKUP）下唤醒，则唤醒配置代码如下所示：

关闭此宏，进入 MODE_DS1_B 模式。

注意

MODE_DS1_B 比较特殊，不能任意配置 8 组 GPIO 资源，只能配置特定的四组，即： GPIO_GROUP_0 固定等效于 P02 GPIO_GROUP_1 固定等效于 P03 GPIO_GROUP_2 固定等效于 P09 GPIO_GROUP_3 固定等效于 P10

若使用 GPIO_GROUP_3（即P10）作为唤醒源，设置上升沿（RISING_WKUP）下唤醒，则唤醒配置代码如下所示：

2.2.2 DS2 模式初始化代码示例

DS2 模式下，使用 LP_UART 作为唤醒源。

注意

若唤醒源配置为 LP_UART，则只需要配置具体哪个 Pad 口作为唤醒串口，不需要配置 Pad 口唤醒触发方式。并且所用到的 Pad 口，应配置为 PULLTYPE_PULLUP。例如，使用 P20 作为 LPUART RX 唤醒串口的配置代码如下所示：

2.2.3 DS3 模式初始化代码示例

DS3 模式下，使用 SLP_TIMER 作为唤醒源的配置代码如下所示：

2.2.4 DS4 模式初始化代码示例

DS4 模式下，同时使用多组 GPIO 作为唤醒源的配置代码如下所示：

2.2.5 Sleep 模式唤醒 Log 打印

各睡眠模式下可通过查看串口 log 来判断是否唤醒，例如下图所示：

2.3 Sleep Mode 回调函数

注册的回调函数用于在低功耗不同阶段处理用户程序，应根据实际需求调用，如下简要举例说明。

1. app_before_ds_cb回调函数：用于在 SoC enter sleep 之前调用用户程序，可用于关闭相关外设和中断，示例代码如下：

2. app_after_wkup_cb回调函数：用于在 SoC wakeup 之后调用用户程序，可用于 wakeup 后重新初始化相关外设和 CPU 主频调节，示例代码如下：

3. Sleep 模式功耗测量

3.1 电路连接图

下图是 ASR5601X QFN48 开发板。在图中红框处串接电流仪测量电流数据：

下图是 ASR5601X QFN32 开发板测量电流时的连接图：

3.2 Sleep Mode 功耗

下表给出了 DS1-DS4 下 ASR560X QFN48 SoC 在 3.3 V 供电电压及 25°C 温度下的功耗数据。

3.3 DS3-mini-beacon 功耗

下图是 DS3_mini_beacon 的功耗测量波形图。从图中可知，睡眠电流约为 3 uA，平均功耗约为 10 uA（该广播不可连接）。

测试条件：3.3 V power，25°C temp, adv_nonconn_ind，2s interval，24-Byte advdata，3 dBm tx pwr。

3.4 DS4 with BLE Activity 功耗

下图是 DS4 模式下的功耗测量波形图：平均功耗约为 29 uA（该广播可连接）。

测试条件：3.3 V power，25°C temp，adv_conn_ind，2s interval，31-Byte advdata，0 dBm tx pwr。

4. 注意事项

1. 用户开发低功耗应用时，尽量不要使用 log 打印以减少 active time，进而降低平均功耗。

2. 确认所有 Pad 期望的高低电平状态，并正确配置上拉、下拉或浮空，以免 Pad 漏电。

3. 量测电流时需要将外围电子设备如 J-Link、uart 等移除，以免对电流产生干扰。

4. 平均功耗受 interval、TX power 和收发数据的长度等参数的影响，测量功耗时需要预先设定各参数值。