1. 概述
此文件说明如何启用 S32K1 系列低功耗功能，并说明不同低功耗模式下运作差异以及设计低功耗的应用，需注意哪些硬体设计与软体设计才能达到最佳低功耗的效果，说明 S32K1 系列唤醒机制，整体状态机说明，唤醒流程简介，快速完成整体应用功能。
本文件除了 S32K1 低功耗设计也说明 S32K1 完全断电相关设计，方便开发者针对功耗有要求的应用设计。
2. S32K1 低功耗模式介绍
RUN & HSRUN mode 属于运行模式，本文不多做说明
STOP mode : CPU clock 关闭，clock source 来源仍是 FIRC ，STOP1 可以控制 bus clock ，STOP2 bus clock 则是运行状态，此模式因主频仍较高，属于低功耗模式中最大的功耗。
VLPR mode : clock source 来源为 SIRC ，因此 VLPR 模式主频较低，功能的 clock 也有上限限制，此模式下可以运行 low power 的通讯，例如 LPUART ，LPI2C ….。
VLPS mode : 将 clock 几乎关闭，可配置 LPTIMER运行来进行 Timer 唤醒功能，反之则是将 LPTIMER 关闭进入最省电模式，周边功能皆无法运行。
下表说明模式间的差异
3. S32K1 状态机-模式切换
S32K1 系列状态机模式如下，由此状态可知，MCU 上电后会进入 RUN 模式，需注意的是除了 VLPR 与 VLPS 可以互相转换外，其馀模式皆需要转换至 RUN 模式才能切换到其他低功耗模式
3.1 S32K1 模式切换时间
S32K1 模式切换所需时间可参考下列表格所述，需注意此时间不包含 clock & pin 重新配置时间。
4. S32K1 低功耗硬体注意事项
4.1 硬体脚位漏电问题 ( 断电设计 )
硬体脚位设计需考量脚位漏电问题，注意完全关闭电源的 device 脚位有连通至带电的 device 脚位，会产生耗电流，如果耗电流超过允许范围，需要额外设计硬体元件让讯号没有作用时断开回路，或者移除不必要的线路，举例 ( MCU 与 RTC 之间脚位连通 )
4.2 硬体脚位内阻考量 ( 断电设计 )
全关闭电源的 device 脚位有连通至带电的 device 脚位，会产生耗电流，此时对应脚位内阻会影响相关的耗电流，即使等校内阻属于高阻抗依然需要将其纳入考虑范围。
4.3 硬体脚位 ( 低功耗设计 )
在低功耗模式下，MCU 依然可以配置相关脚位的状态，所以根据设计需要将低功耗模式下不需使用的脚位，配置成相对功耗低的状态，配置电压状态使线路没有电压差，或者配置成输入高阻抗脚位，低功耗需要考量所有脚位，脚位功耗如果没有考量到，会对整个系统产生超出预期的耗电流，甚至超出 MCU 的功耗。
5. S32K1 低功耗软体注意事项
5.1 低功耗软体 clock 配置
S32K1 进入 LPVR 模式时，S32K1 只能提供内部低速的 clock 来源配置 ( SIRC )
Clock 运行当中，建议将 clock 速度根据低功耗模式运行需求，重新配置合适的 clock 速度，过高的 clock 速度会导致功耗的增加，离开低功耗模式时，请将 clock 配置回normal 设计。
S32K1 进入 STOP 模式时，S32K1 可以使用 FIRC 并且可控制 bus clock 速度，此模式可以运行更快主频与功能，但是相对功耗也更大，更需要配置，根据需求配置相关 clock 达到最佳化功耗设计。
5.2 低功耗软体周边配置
为了达到最佳化的低功耗设计，软体进入低功耗前，先将不需要的周边功能关闭，或者将不会使用的周边功能 clock 关闭，会让功耗有明显下降，尤其较高速的周边，例如 CAN-Bus , ethernet 等等。
5.3 低功耗软体唤醒触发机制设计
STOP1 、STOP2、 VLPR、VLPS mode 皆可使用 GPIO 中断触发或者 RTC 功能来进行唤醒，设计的时候可以关闭没有使用的 GPIO 中断，避免误动作，可使用内部 RTC 来进行唤醒，使用内部晶振会有些微误差，没有精准时间要求可以使用，反之可外挂外部 32.768K 。
STOP1 、STOP2、 VLPR 可以借由保持运行的通讯 interface ，接收到 command 后将 S32K1 借由程式修改暂存器，让 S32K1 模式切换到 normal mode。
6. S32K1 功耗评估
规划整体系统功耗时，要评估 MCU 各个模式下，是否有符合终端客户功耗需求，所以要评估功耗才能确定要如何设计，以下提供初步功耗以及详细功耗计算，注意的是此内容仅包含 MCU 功耗，周边脚位线路需要额外考虑。
6.1 S32K1 功耗表
根据 S32K1 datasheet Table 13 可以知道 S32K1 在各个模式下与温度下，周边功能是否运行的功耗状态。
6.2 S32K1 详细功耗估算
S32K1 如果要详细估算周边功能开启后的功耗，请在下列网址下载 : S32K Power Estimation Tool
使用 S32K Power Estimation Tool 可以详细模拟，不同模式下，不同温度下，启用多少周边功能导致不同的功率消耗估算
7. S32K1 完全断电设计
7.1 S32K1 + SBC 断电设计
S32K1 可搭配对应的 SBC 来达到断电设计，SBC 可以想成 PMIC 可供电给 MCU ，SBC 也可进入睡眠模式，将供给 MCU 的电源关闭，唤醒机制可以借由 SBC IO 脚位，或者 CAN-Bus 资料触发来唤醒，唤醒机制可以灵活使用硬体设计，此断电设计会大幅降低功耗已达到客户要求。
8. 相关参考档案与文件
S32K1 datasheet
S32K power Estimation Tool 官网
有任何问题及需求，可以联系 Michael.Gao@wpi-group.com
评论