MSP430F149 - 電力モードのソースを表示

== 概要 ==
電力モードは、マイコンの消費電力を管理するための仕組みである。<br>
アプリケーションの要件に応じて、適切な電力モードを選択することにより、バッテリー駆動のデバイスにおける動作時間を延ばすことができる。<br>
<br>
* アクティブモード
*: マイコンがフル機能で動作しているモードである。
*: 全てのクロックが動作し、CPUと周辺モジュールは通常の速度で動作する。
*: 消費電力が最も高くなる。
*: <br>
* 低電力モード
*: マイコンの一部の機能を停止または低速化することで、消費電力を抑えるモードである。
*: 低電力モードにはいくつかのレベルがあり、停止する機能によって分類される。
*: 一般的に、低電力モードのレベルが上がるほど、消費電力は低くなるが、復帰に時間がかかる場合がある。
*: <br>
* スリープモード
*: CPUを停止して、いくつかの周辺モジュールも停止するモードである。
*: 割り込みやリセットにより、スリープモードから復帰する。
*: 低電力モードの一種と考えることができる。
*: <br>
* ディープスリープモード
*: ほとんどの機能を停止して、最小限の消費電力で動作するモードである。
*: 外部割り込みやリセットにより、ディープスリープモードから復帰する。
*: 復帰時に、メモリの内容が失われる場合がある。
*: <br>
* 遷移と復帰
*: 電力モード間の遷移は、レジスタの設定や特定の命令で行う。
*: 割り込みやリセットにより、低電力モードからアクティブモードに復帰する。
*: 復帰時に、停止していた機能を再初期化する必要がある場合がある。
<br>
電力モードを効果的に使用するには、アプリケーションの要件を分析、および、必要な機能と応答時間を考慮して、適切なモードを選択する必要がある。<br>
また、割り込みや周辺モジュールの設定を適切に行い、復帰時の処理を正しく実装することが重要である。<br>
<br><br>

== MSP430F149の電力モード ==
* アクティブモード (AM)
*: CPUと全てのクロックが動作しているモードである。
*: MCLK、SMCLK、ACLKが動作し、全ての周辺モジュールが使用可能である。
*: 消費電力が最も高くなる。
*: <br>
* 低電力モード0 (LPM0)
*: CPUとMCLKが停止する。
*: SMCLK、ACLK、DCOは動作し続ける。
*: 周辺モジュールがSMCLKまたはACLKを使用する場合に適している。
*: <br>
* 低電力モード1 (LPM1)
*: CPU、MCLKが停止する。
*: DCOのループ制御も無効化される。
*: SMCLK、ACLKは動作し続ける。
*: <br>
* 低電力モード2 (LPM2)
*: CPU、MCLK、SMCLKが停止する。
*: DCOも停止するが、DCジェネレータは動作し続ける。
*: ACLKは動作し続ける。
*: <br>
* 低電力モード3 (LPM3)
*: CPU、MCLK、SMCLK、DCO、DCジェネレータが停止する。
*: ACLKのみ動作し続ける。
*: リアルタイムクロックやタイマーをACLKでクロッキングする場合に最適。
*: 消費電力は約0.8µA程度となる。
*: <br>
* 低電力モード4 (LPM4)
*: CPUと全てのクロックが停止する。
*: 全てのオシレータ（LFXT1、XT2、DCO）が停止する。
*: 消費電力が最も低くなり、約0.1µA程度となる。
*: 外部割り込みやリセットでのみ復帰可能。
<br><br>

== MSP430F149のクロックシステム ==
MSP430F149は、Basic Clock Module (BCS)を搭載しており、3種類のクロック信号と3種類のオシレータを提供する。<br>
<br>
==== クロック信号 ====
* MCLK (Master Clock)
*: CPUとシステムで使用される主クロック。
*: LFXT1CLK、XT2CLK、DCOCLKから選択可能。
*: 1、2、4、8の分周が可能。
*: <br>
* SMCLK (Sub-Main Clock)
*: 周辺モジュールで使用されるサブシステムクロック。
*: DCOCLK、XT2CLKから選択可能。
*: 1、2、4、8の分周が可能。
*: <br>
* ACLK (Auxiliary Clock)
*: 補助クロック。主に低消費電力動作用。
*: LFXT1CLKから供給される。(通常は、32768[Hz])
*: 1、2、4、8の分周が可能。
<br>
==== オシレータ ====
* LFXT1 (Low Frequency / High Frequency Crystal Oscillator 1)
*: 低周波モード：32768[Hz]のウォッチクリスタルを接続。
*: 高周波モード：450[kHz]〜8[MHz]のクリスタルを接続可能。
*: ACLKのソースとして使用される。
*: <br>
* XT2 (High Frequency Crystal Oscillator 2)
*: 450kHz〜8MHzのクリスタルまたはレゾネータを接続。
*: MCLK、SMCLKのソースとして選択可能。
*: 高速動作が必要な場合に使用。
*: <br>
* DCO (Digitally Controlled Oscillator)
*: 内蔵デジタル制御発振器。
*: 外部部品不要で動作。
*: 起動時間が約6µs以下と非常に高速。
*: 消費電力と起動時間のバランスが良い。
*: キャリブレーションデータによりソフトウェアで周波数調整が可能。
<br><br>

== 電力モードの設定 ==
==== 状態レジスタ (SR) を使用する場合 ====
状態レジスタ (Status Register, SR) は、マイコンの現在の状態を示すレジスタである。<br>
MSP430マイコン全般では、SRは16ビットのレジスタであり、各ビットが特定の状態を表している。<br>
<br>
電力モードに必要な各ビットについて、以下に示す。<br>
* CPUの停止 (4ビット目)
*: SRのCPUOFFビットを<code>1</code>にする。
*: <br>
* オシレータの停止 (5ビット目)
*: SRのOSCOFFビットを<code>1</code>にする。
*: <br>
* システムクロックジェネレータ (DCOのDCジェネレータ) の停止 (6ビット目)
*: SRのSCG0ビットを<code>1</code>にする。
*: <br>
* システムクロックジェネレータ (DCO、SMCLK) の停止 (7ビット目)
*: SRのSCG1ビットを<code>1</code>にする。
<br>

==== __bis_SR_register()関数を使用する場合 ====
<code>__bis_SR_register</code>関数を使用して、状態レジスタ (SR) の該当ビットを<code>1</code>にする。<br>
<br>
ただし、割り込みが発生すると、省電力モードから復帰する。<br>
省電力モードを使用する場合は、必要なクロックと周辺モジュールを適切に設定して、不要なものは停止させることが重要である。<br>
また、割り込みを適切に設定して、省電力モードから復帰できるようにする必要がある。<br>
 <syntaxhighlight lang="c">
 // LPM3に移行
 __bis_SR_register(LPM3_bits + GIE);  // 割り込み有効化とともにLPM3へ
 </syntaxhighlight>
<br>
==== 各電力モードの設定例 ====
 <syntaxhighlight lang="c">
 // LPM0への移行
 __bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);
 
 // LPM1への移行
 __bis_SR_register(LPM1_bits + GIE);
 
 // LPM2への移行
 __bis_SR_register(LPM2_bits + GIE);
 
 // LPM3への移行（リアルタイムクロック動作時に最適）
 __bis_SR_register(LPM3_bits + GIE);
 
 // LPM4への移行（最小消費電力）
 __bis_SR_register(LPM4_bits + GIE);
 </syntaxhighlight>
<br><br>

== 電力モードからの復帰 ==
低電力モードからアクティブモードへの復帰は、以下に示す方法で行われる。<br>
<br>
* 割り込みによる復帰
*: 有効な割り込みが発生すると、自動的にアクティブモードに復帰する。
*: 割り込みサービスルーチン (ISR) を実行後、元のコードに戻る。
*: ISR内でSRのビットをクリアすることで、復帰後もアクティブモードを維持できる。
*: <br>
* リセットによる復帰
*: リセット信号により、マイコンは初期状態に戻る。
*: <br>
* 復帰時間
*: DCOを使用する場合、LPM3またはLPM4からの復帰時間は約6µs以下と非常に高速。
*: 外部クリスタル（XT2）を使用する場合は、発振安定化のため復帰に時間がかかる場合がある。
<br><br>


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