APM32 MCU 低功耗模式全解析：Stop 与 Standby 模式的内核原理、外设状态及唤醒机制对比

本文深入剖析了APM32 MCU的两种低功耗模式：Stop模式和Standby模式。Stop模式通过关闭主系统时钟但保持SRAM供电，实现快速唤醒（约5μs）和程序继续执行，适用于短时休眠场景，典型功耗1.2μA。Standby模式则完全断电SRAM，系统复位后从头执行，实现极限低功耗（0.3μA），适合长时间待机。文章详细解释了两种模式的进入/退出机制、外设状态差异，特别是无时钟情况下GPIO中

21ic电子工程师

392人浏览 · 2026-03-22 22:33:03

21ic电子工程师 · 2026-03-22 22:33:03 发布

在嵌入式系统设计中，功耗管理是非常重要的课题。尤其是基于 APM32（微控制单元）的设备，如何在保证功能的前提下尽可能降低功耗，是设计的关键。APM32 通常提供多种低功耗模式，常见的有 Stop 模式 和 Standby 模式。这两种模式都能极大降低功耗，但它们的工作机制、外设状态、数据保存方式和唤醒行为有显著差异。

本文围绕以下问题展开：

进入及退出低功耗模式的内核原理是什么？
Stop 模式下，所有外设都停了吗？哪些外设还能跑？为什么这些外设还能跑？
Standby 模式下 CPU 是否停了？进入 Stop 和 Standby 模式前，数据保存情况有何不同？为什么？
两种模式的进入机制和原理是否不同？
Stop 模式唤醒后为何能继续执行，而 Standby 模式唤醒后为何从头开始？
Stop 模式下 HSE/HSI 都关了，GPIO 外部中断这种形式是怎么触发的？时钟都关了，这玩意儿还有中断能够触发？

通过对这些问题的详细剖析，帮助大家全面理解 APM32 MCU 低功耗设计的核心逻辑，从“会用”到“真懂”，从“抄例程”到“自主优化”。

一、APM32 MCU 低功耗模式的基本原理

1. 低功耗模式的核心思想：动态功耗 = 翻转 × 频率 × 电压²

MCU 的功耗主要来自 时钟驱动的电路活动，包括：

CPU 的指令执行（每条指令 → 寄存器翻转）；
外设时钟（UART、SPI、ADC 等）；
总线活动（AHB/APB 桥）；
模拟模块（PLL、LDO）；

可以这么说：
芯片就像个大工厂，时钟就是电铃。
电铃一响，所有工人（电路）开始干活，翻转开关 → 耗电。
关掉电铃 = 关时钟 = 省大电。

降低功耗的核心方法是 关闭或降低时钟频率，减少电路切换，从而降低 动态功耗（P = C × V² × f）。

低功耗模式通过以下手段实现节能：

手段	效果
关闭系统时钟（HSE/HSI/PLL）	动态功耗 ≈ 0
降低内核电压（LDO 低功耗模式）	静态功耗 ↓
关闭外设时钟门控	外设不翻转
断电 SRAM（仅 Standby）	漏电 ↓

不同模式对应不同的 功耗与功能保留程度，是“鱼与熊掌”的权衡。

2. 进入及退出低功耗模式的内核原理（WFI/WFE + SLEEPDEEP + PMU 握手机制）

一句话说清：
WFI 是“暂停键”，SLEEPDEEP 是“深睡开关”，PMU 是“执行者”——三者配合，决定是“暂停电影”还是“关机重启”。

2.1 进入低功耗模式（汇编级 + 硬件握手）

软件配置

PMU->CTRL1.PDDSCFG = 1;           // Standby: 断电；0: 仅停时钟
SCB->SCR.SLEEPDEEP = 1;           // 通知内核：可进入 Deep Sleep

触发指令（ARM Cortex-M 汇编行为）
```
WFI        ; 0xBF20 → 暂停取指，等待 NVIC 中断
; 或
WFE        ; 0xBF22 → 等待事件（SEVONPEND 控制）
```
- WFI：CPU 停止取指，但 PC 指针保持。
- WFE：支持事件唤醒，多用于多核同步。
内核响应
- SLEEPDEEP=1 → 内核通知 PMU：可以关闭时钟/断电。
- PMU 执行：
  - Stop：关闭 HSE/HSI/PLL，SRAM 保持。
  - Standby：关闭 LDO，SRAM 断电。

2.2 退出低功耗模式（中断 vs 复位路径）

模式	唤醒源	路径	执行点
Stop	EINT / RTC	NVIC 中断	`__WFI()` 下一条指令
Standby	WKUP / RTC	POR 复位	`ResetHandler` → `main()`

关键区别：

Stop：程序流不中断，变量保留。

Standby：系统重启，需重新初始化。

一句话总结：

WFI 暂停 CPU，SLEEPDEEP 授权 PMU，PDDSCFG 决定断不断电 —— 三者缺一不可。

二、Stop 模式详解

1. Stop 模式下 CPU 与外设状态

项目	状态	说明
CPU 状态	时钟停止，指令暂停	进入Deep Sleep，PC 指针保持
主系统时钟	HSE/HSI/PLL 全关	动态功耗为 0
外设时钟	部分关闭，部分独立运行	依赖低速时钟源
内存状态	SRAM 和寄存器保持	全局变量、栈不丢失

2. 哪些外设可以继续运行？（详细表格）

外设类型	运行状态	时钟源	说明
RTC	继续运行	LSE (32.768kHz) / LSI (~32kHz)	保持时间计数，可闹钟唤醒
低功耗定时器 (LPTIM)	继续运行	LSI / LSE	支持定时唤醒
外部中断 (EINT)	继续监控（异步）	无时钟	关键！无时钟也能触发
GPIO	状态保持	VDD 直供	可配置为唤醒源
IWDG	可运行	LSI	看门狗防死机
备份寄存器	保持	VBAT	20个 32bit 寄存器
UART/SPI/I2C	停止	PCLK	依赖主时钟
ADC/DAC/TIM	停止	PCLK	高速外设全停

3. 为什么 CPU 停了，外设还能跑？（三域分离架构）

芯片不是“一锅粥”，而是分成 三块地盘：

CPU 地盘：靠主时钟吃饭，停了就睡大觉。

RTC 地盘：有自己的“小发电机”（LSE/LSI），不靠大电网。

GPIO 地盘：直接接电池（VDD），门铃一按就响！

图1：APM32 低功耗三域分离架构图

Core Domain：依赖 HCLK，Stop 模式下时钟关。
Backup Domain：独立时钟源，永不断电。
I/O Domain：VDD 直供，模拟电路常开。

4. Stop 模式下 HSE/HSI 都关了，GPIO 外部中断怎么触发？

用户疑问：
“时钟都关了，EINT 怎么知道引脚跳了？这玩意儿时钟都没开怎么工作？”

4.1 打个比方：门铃不靠电表也能响

你家门铃坏了？

按钮 = GPIO 引脚；

响铃 = EINT 中断；

你睡觉时，把家里所有灯（HSE/HSI）都关了，但门铃线路是直通电池的！

有人按按钮 → 铃就响，根本不用等电表转（PCLK 采样）！

EINT 就是这个“直通电池的门铃线路”，它不靠 CPU 时钟，而是靠 模拟电路 + 异步触发器 工作。

4.2 EINT 异步唤醒通路全拆解

4.2.1 硬件组成（APM32F407 参考手册第12.3节）

图2：EINT 异步唤醒通路（无时钟触发原理）

4.2.2 关键模块：Always-On Analog Front-End

特性	说明
供电	VDD Pad 域直供，不经 LDO
工作方式	纯模拟电路 + 异步触发
触发条件	边沿变化 → 直接拉高唤醒信号
无需时钟	不依赖 PCLK 采样

4.2.3 代码示例：按键唤醒 Stop 模式

void Enter_Stop_With_EINT(void)
{
    // 1. 配置 PA0 为外部中断（上升沿）
    EINT->RTEN |= EINT_RTEN_RTEN0;     // 上升沿触发
    EINT->IMASK  |= EINT_IMASK_IMASK0; // 使能中断线0

    // 2. 使能 PMU 时钟
    RCM->APB1CLKEN |= RCM_APB1CLKEN_PMUEN;

    // 3. 进入 Stop 模式
    PMU->CTRL1 &= ~PMU_CTRL1_PDDSCFG;     // 清除 PDDSCFG → Stop
    SCB->SCR  |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

    __WFI();  // CPU 暂停，HSE/HSI 全关
}

// EINT0 中断服务函数
void EINT0_IRQHandler(void)
{
    if (EINT->SWINTE & EINT_SWINTE_SWINT0)
    {
        EINT->IPEND = EINT_IPEND_IPEND0;  // 清除标志
        // CPU 已恢复，从 __WFI() 下一条指令继续
    }
}

按键按下 → 异步边沿检测 → 唤醒 CPU → 程序流不中断。

5. Stop 模式的唤醒机制（全流程）

唤醒源：RTC Alarm、LPTIM、EINT、USART RX 等。
信号路径：
- 外设 → 产生中断请求。
- NVIC → 检测到 SLEEPDEEP=1。
- 触发 时钟恢复序列。

恢复顺序：

HSE/HSI 启动 → PLL 锁定 → HCLK 恢复 → CPU 出 Sleep

执行点：从 __WFI() 下一条指令继续

三、Standby 模式详解

1. Standby 模式下 CPU 与外设状态（超详细状态矩阵）

项目	状态	供电来源	说明
CPU 内核	完全停止	Core Domain断电	时钟关闭，LDO 进入Standby 模式
SRAM	断电	SRAM Domain电源开关关闭	数据全部丢失
Flash	断电	VDD	仅保留配置位
主系统时钟	全部关闭	-	HSE/HSI/PLL/LSI全关（LSI 可选保留）
LSE (32.768kHz)	可选运行	VBAT / VDD	唯一可运行的时钟源
RTC	可运行	Backup Domain	闹钟、时间戳、防篡改
备份寄存器 (BKP)	保持	VBAT	20个 32bit 寄存器，防掉电
WKUP 引脚	异步监控	VDD Pad 域	PA0、PC13、PC1 等专用唤醒引脚
普通 GPIO	状态丢失	-	需重新配置
普通 EINT	失效	-	仅 WKUP 引脚有效
IWDG	可运行（若预使能）	LSI	需进入前启动
LPTIM	停止	-	依赖 LSI，Standby 下不可用
UART/SPI/ADC	全部停止	-	寄存器复位

关键区别：
Stop 模式是“暂停电影”，Standby 是“关机重启”！

2. 为什么进入 Standby 模式不保存数据？（硅片级漏电分析）

2.1 SRAM 就是个“漏电大户”

假设 SRAM 是一排排 小电容：

每存一个 1，电容就充一点电；

即使不读写，电容也会 慢慢漏电（nA 级）；

100KB SRAM × 10nA/KB = 1μA 漏电！

Standby 模式直接“拔掉 SRAM 电源” → 漏电 = 0 → 功耗低至 0.3μA！

2.2 电源域断电时序（APM32 内部 PMU 行为）

图3：Standby 模式电源域断电时序图

BackupSRAMPMUCPUBackupSRAMPMUCPU关闭 HSE/HSI/PLL/LSI__WFI() + PDDSCFG=11停止取指2关闭 LDO → 断电3保留 VBAT 供电4进入 Standby (<500nA)5

3. Standby 模式的唤醒机制（全链路拆解）

3.1 唤醒源一览

唤醒源	类型	引脚	触发方式
WKUP1	上升沿	PA0	专用唤醒引脚
WKUP2	上升沿	PC13	常用于按键
WKUP3	上升沿	PC1	可选
RTC Alarm A/B	定时	-	精确到秒
RTC Tamper	防篡改	-	外部入侵检测
RTC TimeStamp	时间戳	-	事件记录
RTC Wakeup Timer	周期唤醒	-	1Hz ~ 32kHz

3.2 WKUP 引脚的异步检测机制（和 EINT 的区别！）

普通 EINT：Stop 模式下可用，任意 GPIO；
WKUP 引脚：Standby 模式下专用，固定引脚；

硬件原理（类似 EINT，但更“硬核”）

图4：WKUP 引脚 vs 普通 EINT 唤醒路径对比

Standby 模式

Stop 模式

关键区别：

EINT → 触发中断 → CPU 继续执行；

WKUP → 触发复位 → 系统重启；

3.3 代码示例：RTC 闹钟唤醒 Standby

void Enter_Standby_With_RTC_Alarm(void)
{
    // 1. 使能 RTC 时钟
    RCM->APB1CLKEN |= RCM_APB1CLKEN_PMUEN;
    PMU->CTRL1 |= PMU_CTRL1_BPWEN;

    RCM_EnableLSI();
    /* Wait till LSE is ready */
    while(RCM_ReadStatusFlag(RCM_FLAG_LSIRDY) == RESET)
    {
    }
    /* Select the RTC Clock Source */
    RCM_ConfigRTCCLK(RCM_RTCCLK_LSI);

    RCM->BDCTRL |= RCM_BDCTRL_RTCCLKEN;
  
    // 2. 配置 RTC 闹钟
    RTC->CTRL &= ~RTC_CTRL_ALRAEN;           // 禁用闹钟写保护
    while(!(RTC->STS & RTC_STS_ALRAW**)); // 等待写就绪

    RTC->ALRMAR = 0x00800000;   
    RTC->CTRL |= RTC_CTRL_ALRAEN | RTC_CTRL_ALRAIEN;  // 使能闹钟A + 中断

    // 3. 进入 Standby 模式
    PMU->CTRL1 |= PMU_CTRL1_PDDSCFG;
    SCB->SCR  |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
    __WFI();
}

// RTC 唤醒后：系统复位，进入 main()
int main(void)
{
    if (RCM_ReadStatusFlag(RCM_FLAG_LPRRST))  // 检查是否 Standby 唤醒
    {
        // 从备份寄存器恢复状态
        uint32_t state = RTC->BKP0R;
    }

    SystemClock_Config();  // 必须重新初始化时钟！
    GPIO_Init();
    // ...
}

4. 备份域（Backup Domain）全景解析

4.1 结构图

图5：Backup Domain 结构图

4.2 关键特性

特性	说明
独立供电	VBAT 电池供电，VDD 掉电不影响
防写保护	需解锁 `RTC->WPR`
20个用户寄存器	32bit，可存状态机、计数器
篡改检测	外部引脚触发，记录时间戳

4.3 用备份寄存器保存休眠前状态

// 进入 Standby 前
RTC->BKP0R = system_state;
RTC->BKP1R = error_code;

// 唤醒后（main 中）
if (RCM_ReadStatusFlag(RCM_FLAG_LPRRST))
{
    system_state = RTC->BKP0R;
    error_code   = RTC->BKP1R;
}

5. Standby 唤醒后系统复位全流程（从硬件到软件）

图6：RTC 闹钟唤醒 Standby 完整流程图

标志位判断：

if (RCM_ReadStatusFlag(RCM_FLAG_LPRRST))   // Standby 复位
if (RCM_ReadStatusFlag(RCM_FLAG_PORRST))   // 上电复位

6. 总结：Standby 模式核心逻辑

维度	关键点
本质	断电重启
省电原理	SRAM 断电 + 关闭所有时钟
唤醒方式	复位，非中断
数据保存	仅备份域
适用场景	长时间待机（小时/天/周）

一句话记住：
Standby = “关机省电，重启干活”。

四、Stop 模式与 Standby 模式对比（扩展表格）

特性	Stop 模式	Standby 模式
CPU 状态	暂停（PC 保持）	完全停止
主系统时钟	关闭	关闭
外设运行	RTC、LPTIM、EINT 等	仅 RTC、WKUP
内存数据	SRAM 保持	SRAM 断电
唤醒源	丰富（EINT、RTC、LPTIM 等）	有限（WKUP、RTC）
唤醒后执行	继续执行	从头开始
功耗（典型）	1.2μA（LSE 开）	0.3μA
唤醒时间	~5μs	~50μs
适用场景	短时休眠，需快速恢复	长时间待机，极限省电

图7：Stop vs Standby 唤醒后执行流程对比

五、进入及退出两种模式的机制差异

1. 进入机制

Stop 模式（代码）

PMU->CTRL1 &= ~PMU_CTRL1_PDDSCFG;     // 清除 PDDS 位
SCB->SCR  |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
__WFI();

Standby 模式（代码）

PMU->CTRL1 |= PMU_CTRL1_PDDSCFG;      // 设置 PDDS 位 → Standby
PMU->CSTS |= PMU_CSTS_WKUPCFG;        // 使能 WKUP
SCB->SCR  |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
__WFI();

图8：进入 Stop / Standby 寄存器配置流程图

关键区别：PDDS 位决定是否断电 SRAM。

2. 退出机制

模式	触发方式	执行点
Stop	中断请求	`__WFI()` 下一条
Standby	复位信号	`ResetHandler`

六、总结

维度	Stop 模式	Standby 模式
功耗	较低（~1.2μA）	极低（~0.3μA）
唤醒速度	快（5μs）	慢（50μs）
数据保持	保持	丢失
适用场景	短时休眠，需变量	长时待机，极限省电
编程复杂度	管理时钟恢复	重启初始化