Linux电源管理(1)_整体架构

作者:wowo 发布于:2014-5-7 19:21 分类:电源管理子系统

1. 前言

在这个世界中,任何系统的运转都需要能量。如树木依靠光能生长,如马儿依靠食物奔跑,如计算机系统依靠电能运行。而能量的获取是有成本的,因此如果能在保证系统运转的基础上,尽量节省对能量的消耗,就会大大提升该系统的生存竞争力。这方面,大自然已经做的很好了,如植物的落叶,如动物的冬眠,等等。而在计算机的世界里(这里以运行Linux OS的嵌入式系统为例),称作电源管理(Power Management)。

通俗的讲,电源管理就是:“想让马儿跑,不想马吃草”。不过,从能量守恒的角度,想让马儿跑多快、跑多久,就一定要让它吃相应数量的草。那么我们就退而求其次:“只在需要马儿跑时,才让它吃草”。这就是电源管理的核心思想。那方法呢?可以这样:

方法1:不需要马儿跑时,把它杀掉,这样就不吃草了。需要马儿跑时,再养一匹。

在现实世界中,除了傻瓜,应该没人使用这种方法。因为重新养一匹马需要时间----我哪里等得及,需要草----有可能比养一匹闲马需要的更多。

方法2:不需要马儿跑时,让它睡觉,不能睁眼,不能动,不能叫。

先不讲马儿是否愿意一直睡觉,这种方法只能减少马儿吃草的数量,因为它的心脏还在跳动、血液还在流通,这些也消耗能量。不过还好,需要马儿跑时,应该不需要等太久了。

方法3:不是说心脏跳动、血液流通也消耗能量吗?那把这些也停下来好了,能省多少是多少嘛。

确实是好方法,不多得先去问问兽医,能不能搞定。不过以现在的医学水平,估计实现不了啊。

 

在计算机世界中,上面的方法是再平常不过的了,而且控制的远比这些精细。因为计算机是人类设计出来的,而马儿却是经上帝之手。不过通过马儿的例子,我们可以总结出电源管理的基本行为:

a, 实时的关闭暂时不使用的部分(可称作“工作状态到非工作状态的转移”)。例如手机在口袋时,屏幕没必要亮。

b, 当需要重新使用那些已关闭部分时(可称作“非工作状态到工作状态的转移”),不能有太长时间的等待,且转移过程不能消耗太多的能量。上面的方法1就是一个反面教材,但在计算机的世界里,情况会好很多。

2. Linux电源管理的组成

电源管理(Power Management)在Linux Kernel中,是一个比较庞大的子系统,涉及到供电(Power Supply)、充电(Charger)、时钟(Clock)、频率(Frequency)、电压(Voltage)、睡眠/唤醒(Suspend/Resume)等方方面面(如下图),蜗蜗会在Linux电源管理系列文章中,对它们一一讲述。

注1:该图片只是一个示意图,并没有划分软件层次,因此模块之间的关系不一定是真正的关系。

整体架构

在对图片中的这些组件(也可以称作Framework)进行详细描述之前,先在这里了解一下基本概念。

注2:Framework是一个中间层的软件,提供软件开发的框架。其目有三:一是屏蔽具体的实现细节,固定对上的接口,这样可以方便上层软件的开发和维护;二是尽可能抽象公共逻辑,并在Framework内实现,以提高重用性、减少开发量;三是向下层提供一系列的回调函数(callback function),下层软件可能面对差别较大的现实,但只要填充这些回调函数,即可完成所有逻辑,减小了开发的难度。

  • Power Supply,是一个供用户空间程序监控系统的供电状态(电池供电、USB供电、AC供电等等)的class。通俗的讲,它是一个Battery&Charger驱动的Framework
  • Clock Framework,Clock驱动的Framework,用于统一管理系统的时钟资源
  • Regulator Framework,Voltage/Current Regulator驱动的Framework。该驱动用于调节CPU等模块的电压和电流值
  • Dynamic Tick/Clock Event,在传统的Linux Kernel中,系统Tick是固定周期(如10ms)的,因此每隔一个Tick,就会产生一个Timer中断。这会唤醒处于Idle或者Sleep状态的CPU,而很多时候这种唤醒是没有意义的。因此新的Kernel就提出了Dynamic Tick的概念,Tick不再是周期性的,而是根据系统中定时器的情况,不规律的产生,这样可以减少很多无用的Timer中断
  • CPU Idle,用于控制CPU Idle状态的Framework
  • Generic PM,传统意义上的Power Management,如Power Off、Suspend to RAM、Suspend to Disk、Hibernate等
  • Runtime PM and Wakelock,运行时的Power Management,不再需要用户程序的干涉,由Kernel统一调度,实时的关闭或打开设备,以便在使用性能和省电性能之间找到最佳的平衡
    注3:Runtime PM是Linux Kernel亲生的运行时电源管理机制,Wakelock是由Android提出的机制。这两种机制的目的是一样的,因此只需要支持一种即可。另外,由于Wakelock机制路子太野了,饱受Linux社区的鄙视,因此我们不会对该机制进行太多的描述。
  • CPU Freq/Device Freq,用于实现CPU以及Device频率调整的Framework
  • OPP(Operating Performance Point),是指可以使SOCs或者Devices正常工作的电压和频率组合。内核提供这一个Layer,是为了在众多的电压和频率组合中,筛选出一些相对固定的组合,从而使事情变得更为简单一些
  • PM QOS,所谓的PM QOS,是指系统在指定的运行状态下(不同电压、频率,不同模式之间切换,等等)的工作质量,包括latency、timeout、throughput三个参数,单位分别为us、us和kb/s。通过QOS参数,可以分析、改善系统的性能
3.  Kernel中电源管理相关的Source code汇整

在蜗蜗使用的Linux 3.10.29版本的内核中,电源管理有关的Source code分别位于:

  • kernel/power/ *
  • drivers/power/
  • drivers/base/power/*
  • drivers/cpuidle/*
  • drivers/cpufreq/*
  • drivers/devfreq/*
  • include/linux/power_supply.h
  • include/linux/cpuidle.h
  • include/linux/cpufreq.h
  • include/linux/cpu_pm.h
  • include/linux/device.h
  • include/linux/pm.h
  • include/linux/pm domain.h
  • include/linux/pm runtime.h
  • include/linux/pm wakeup.h
  • include/linux/suspend.h
  • Documentation/power/*.txt

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标签: Kernel management PM Power Architecture

评论:

Nicole
2018-07-18 09:59
正在学习。。。
吴兵
2018-02-01 11:30
"Runtime PM是Linux Kernel亲生的运行时电源管理机制,Wakelock是由Android提出的机制。这两种机制的目的是一样的,因此只需要支持一种即可。另外,由于Wakelock机制路子太野了,饱受Linux社区的鄙视,因此我们不会对该机制进行太多的描述。"是不是android 用户层用Wakelock机制,而内核层kernel用Runtime PM机制啊?
GrayMonkey
2017-11-12 00:55
膜拜大佬,早找到你的文章就好了,Android开发一枚,一直对底层的电源管理存有疑问
周末花裤衩
2017-09-21 20:07
试试还能留言吗
wolf
2016-07-18 13:20
LINUX 系统息屏后长时间不操作,屏幕点不亮,可是其他的一切正常运行,这个是怎么回事呢,我看到你回复别人的帖子是要重新设置背光,可是重新设置背光也不管用!怎么回事呢?谢谢

http://bbs.csdn.net/topics/370258429
这个帖子的问题和我的很像,有人说除了设置背光还有别的设置,但是具体的没有给出,怎么设置屏幕的电源呢
wowo
2016-07-18 13:32
@wolf:可以按照如下思路去查:
1。确认是背光没开,还是lcd没开,还是没有应用送显示数据。
2。如果是背光,检查power、pwm等。
3。如果lcd没开,检查对应的驱动。
4。等等
vv小蛋
2016-07-14 16:40
感觉到了一股禅意,或许做任何事情都是在修道吧
wowo
2016-07-14 17:27
@vv小蛋:哈哈,禅意,听着不错。
修道改为修行就更好了。
franc
2016-05-04 15:09
无法登录
wowo
2016-05-04 18:28
@franc:博客和论坛的账号不能通用,另外建议大家不要登录博客了(只有发文章的时候才需要)。
xiaogaod325
2015-09-18 11:47
有点意思
zxqhbd
2015-09-10 17:10
很好的讲解,不小心进入这个博客就被吸引了,怎么注册不了啊
wowo
2015-09-10 17:23
@zxqhbd:抱歉,网站php代码有问题,注册用户超过255就注册不了了,我还没来得及研究一下怎么修复~~
zxqhbd
2015-09-10 20:50
@wowo:期待加入!
qkhhyga
2015-03-11 15:05
@wowo:坐等cpufreq动态调频的分析介绍。。。
wowo
2015-03-13 17:05
@qkhhyga:时机还未到啊,最低要等到regulator的介绍完,才能开始cpufreq。

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