在STM32 HAL库中使用 WFI 实现低功耗准确延时

内容

使用一个16位定时器TIM1，并结合"__WFI"指令让CPU进入睡眠模式，实现延时过程低功耗、延时时间准确的delay模块。

睡眠模式：在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM4核心的外设全都还照常运行，在软件上表现为不再执行新的代码。这个状态会保留睡眠前的内核寄存器、内存的数据。唤醒后 ，若由中断唤醒，先进入中断，退出中断服务程序后，接着执行 WFI指令后的程序；若由事件唤醒，直接接着执行 WFE 后的程序。唤醒延迟：无延迟。（WFI:Wait For Interrupt，WFE:Wait For Event）

——见扩展阅读1链接。

delay.h

#ifndef __DELAY_H
#define __DELAY_H

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <stdint.h>

extern TIM_HandleTypeDef htim1; // TIM1 用于硬件延时

// WFI 阻塞延时，微秒级 (不占用 CPU 资源)
void DELAY_Hardware_Us(uint32_t us);

// WFI 阻塞延时，毫秒级 (不占用 CPU 资源)
void DELAY_Hardware_Ms(uint32_t ms);

#endif // __DELAY_H

delay.c

#include "delay.h"
#include "stm32f1xx.h"

// 延时完成标志，中断服务函数设置
static volatile uint8_t g_hardware_delay_complete = 0; 

/**
 * @brief  微秒级硬件延时 (WFI/CPU 睡眠)
 * @param  us: 延时时长 (微秒, 1us 到约 65535us)
 * @retval None
 */
void DELAY_Hardware_Us(uint32_t us)
{
    if (us == 0) {
        return;
    }
    
    // TIM1 是 16 位定时器，最大周期是 65536 us (约 65.5 ms)
    if (us > 65535) {
        // 如果延时超过最大限制，递归调用毫秒延时函数处理
        DELAY_Hardware_Ms(us / 1000);
        
        // 处理剩余的微秒部分
        uint32_t remaining_us = us % 1000;
        if (remaining_us > 0) {
            DELAY_Hardware_Us(remaining_us);
        }
        return;
    }

    // 1. 设置自动重装载值 (ARR)
    // TIM1 时钟是 72 MHz, 预分频 72-1 后，计数频率是 1 MHz (1 tick = 1 us)
    // ARR = 目标时长 (us) - 1
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim1, us - 1);

    // 2. 清除更新标志，并重置完成标志
    __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim1, TIM_FLAG_UPDATE);
    g_hardware_delay_complete = 0;

    // 3. 启动定时器中断
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);

    // 4. 进入 WFI 等待中断 (CPU 睡眠)
    while (g_hardware_delay_complete == 0) {
        __WFI(); 
    }

    // 5. 中断到达，停止定时器
    HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim1);
}

/**
 * @brief  毫秒级硬件延时 (WFI/CPU 睡眠)
 * @param  ms: 延时时长 (毫秒)
 * @retval None
 */
void DELAY_Hardware_Ms(uint32_t ms)
{
    uint32_t i;
    // 每次延时 60ms，避免单次调用超过 65.535ms 的 16 位定时器限制
    for (i = 0; i < ms / 60; i++) {
        DELAY_Hardware_Us(60000);
    }
    // 处理剩余的毫秒部分
    uint32_t remaining_ms = ms % 60;
    if (remaining_ms > 0) {
        DELAY_Hardware_Us(remaining_ms * 1000);
    }
}

中断处理（在stm32f1xx_it.c中）

（如果在TIM中断回调函数执行的过程中，被更高优先级的函数打断了，有小概率会赋不了完成标志，CPU会睡不醒，也可以在函数开始前后使能/使能中断更周全些）

// TIM1 全局中断服务程序
void TIM1_UP_IRQHandler(void) 
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim1);
}

// HAL TIM 中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    // 检查是否是 TIM1 触发的更新事件
    if (htim->Instance == TIM1) {
        // 设置完成标志，唤醒等待 WFI 的 CPU
        g_hardware_delay_complete = 1;
    }
    // ... 其他定时器回调
}

拓展阅读

STM32的运行、睡眠、停止和待机四种工作模式