Fase 1: Fundamentos de C y Lógica de Software

📖 Teoría a Estudiar

Low Power y Banderas de Suspensión

Un error de diseño común en la programación bare-metal es permitir que el Súper Bucle gire al 100% de la capacidad de la CPU cuando no hay tareas útiles que realizar (por ejemplo, cuando no se está despachando gas y el sistema está inactivo). Esto se traduce en ciclos de reloj desperdiciados, disipación de calor innecesaria y consumo de energía crónico.

El estándar en la industria para solucionar esto es el uso de Modos de Bajo Consumo (Sleep Modes), controlados por Banderas de Suspensión (Sleep Flags). En lugar de iterar vacíamente, el código evalúa una bandera de estado. Si ninguna subtarea requiere atención, el software invoca una instrucción en ensamblador que detiene el núcleo del microcontrolador hasta que un evento de hardware (interrupción) lo despierte.

Mecánica de las Banderas y la Instrucción WFI

En el ecosistema ARM Cortex-M, la transición al modo de bajo consumo se logra típicamente mediante la instrucción en ensamblador WFI (Wait For Interrupt). Al ejecutarla, la CPU detiene su reloj interno inmediatamente, pero mantiene activos los periféricos seleccionados y el controlador de interrupciones (NVIC). En C sin dependencias de librerías pesadas, organizamos el flujo de la siguiente forma:

1. Declarar variables globales marcadas como volatile bool. volatile es crítico para evitar que el compilador optimice y borre las banderas que cambian desde rutinas ISR.
2. El bucle while(1) evalúa si hay "trabajo por hacer". Si no hay tareas pendientes, pone la bandera de suspensión en verdadero.
3. Una función dedicada de Power Management lee la bandera y ejecuta __WFI().
4. Cuando ocurre una interrupción (ej. un pulso del caudalímetro o un botón), el microprocesador despierta, ejecuta la ISR (que pone la bandera en falso), y el ciclo continúa.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Implementa la lógica fundamental de manejo de energía mediante banderas de estado en C puro. Simula la estructura de decisión que unifica tu rutina operativa con tu rutina de suspensión.

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// --- 1. DEFINICIÓN DE BANDERAS GLOBALES ---
// 'volatile' indica al compilador de C que estas variables pueden
// cambiar en cualquier momento debido a una interrupción (hardware).
volatile bool despachador_activo = false;
volatile bool permitir_suspension = false;

// Macro simulando la instrucción intrínseca de CMSIS para ARM
// En un código real de STM32 incluirías <core_cm4.h> o similar.
#define __WFI() /* asm("wfi") */


// --- 2. GESTOR DE ENERGÍA ---
void gestionar_modo_bajo_consumo(void) {
    if (permitir_suspension) {
        
        // Paso previo opcional: Apagar periféricos que gastan energía
        // apagar_retroiluminacion_lcd();
        
        // --- DETENER RELOJ DE LA CPU AQUÍ ---
        __WFI(); 
        // ------------------------------------
        
        // La CPU se congela en la línea anterior.
        // Solo avanzará a esta línea cuando una interrupción la despierte.
        
        permitir_suspension = false; // Reset de seguridad
        
        // encender_retroiluminacion_lcd();
    }
}


// --- 3. SÚPER BUCLE PRINCIPAL ---
int main(void) {
    
    // Inicialización del hardware, pines y puertos...
    
    while(1) {
        if (despachador_activo) {
            // Lógica crítica: Leer presión, calcular flujo, actualizar válvulas
            // procesar_sensores_gas();
            
            // Si el despacho termina por límite o corte manual:
            // despachador_activo = false;
        } 
        else {
            // Si el sistema no está operando activamente, habilitamos la bandera
            permitir_suspension = true;
        }

        // Evaluar suspensión al final del ciclo
        gestionar_modo_bajo_consumo();
    }
    
    return 0;
}


// --- 4. RUTINAS DE SERVICIO DE INTERRUPCIÓN (ISR) ---
// Ejemplo: Botón "START" de la máquina conectado a un pin de interrupción.
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    
    // El cliente presiona el botón, lo que levanta una señal eléctrica.
    // Esto despierta inmediatamente al STM32 de la instrucción WFI.
    
    despachador_activo = true;     // Solicitar inicio del proceso
    permitir_suspension = false;   // Denegar explícitamente el sleep
    
    // Limpiar bandera de interrupción de hardware (ej. EXTI->PR)
}
        

📝 Resumen del Día

• En entornos de programación a bajo nivel, los Modos de Suspensión son vitales para reducir temperatura y consumo eléctrico.
• Las variables de control de flujo que interactúan entre el main() y las Interrupciones deben ser declaradas como volatile para evitar corrupciones de datos por optimizaciones del compilador.
• La instrucción ensambladora WFI (Wait For Interrupt) pausa el núcleo del microcontrolador hasta que un pulso eléctrico externo (hardware) o periférico (timer/UART) lo obliga a reanudar el código.