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Linux CPU core的电源管理(3)_cpu ops

作者：wowo 发布于：2015-7-17 22:15 分类：电源管理子系统

由“ARMv8-a架构简介”中有关的介绍可知，ARMv8（包括ARMv7的一些扩展）引入了Virtualization、Security等概念。在这些概念之下，传统的CPU boot、shutdown、reset、suspend/resume等操作，不再那么简单和单纯。因此，ARM将这些底层操作抽象为一些operations，在以统一的方式向上层软件提供API的同时，可以根据不同的场景，有不同的实现。这就是本文要描述的cpu ops。

注1：由“Linux CPU core的电源管理(1)_概述”的描述可知，cpu ops属于arch-dependent的部分，本文基于ARM64平台。

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标签: Linux SMP cpu operations spin_table psci

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Concurrency Managed Workqueue之（一）：workqueue的基本概念

作者：linuxer 发布于：2015-7-15 18:47 分类：中断子系统

workqueue是一个驱动工程师常用的工具，在旧的内核中（指2.6.36之前的内核版本）workqueue代码比较简单（大概800行），在2.6.36内核版本中引入了CMWQ（Concurrency Managed Workqueue），workqueue.c 的代码膨胀到5000多行，为了深入的理解CMWQ，单单一份文档很难将其描述的清楚，因此CMWQ作为一个主题将会产生一系列的文档，本文是这一系列文 档中的第一篇，主要是基于2.6.23内核的代码实现来讲述workqueue的一些基本概念（之所以选择较低版本的内核，主要是因为代码简单，适合理解 基本概念）。

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标签: workqueue

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linux kernel的中断子系统之（九）：tasklet

作者：linuxer 发布于：2015-7-2 18:10 分类：中断子系统

对于中断处理而言，linux将其分成了两个部分，一个叫做中断handler（top half），属于不那么紧急需要处理的事情被推迟执行，我们称之deferable task，或者叫做bottom half，。具体如何推迟执行分成下面几种情况：

1、推迟到top half执行完毕

2、推迟到某个指定的时间片（例如40ms）之后执行

3、推迟到某个内核线程被调度的时候执行

对于第一种情况，内核中的机制包括softirq机制和 tasklet机制。第二种情况是属于softirq机制的一种应用场景（timer类型的softirq），在本站的时间子系统的系列文档中会描述。第 三种情况主要包括threaded irq handler以及通用的workqueue机制，当然也包括自己创建该驱动专属kernel thread（不推荐使用）。本文主要描述tasklet这种机制，第二章描述一些背景知识和和tasklet的思考，第三章结合代码描述tasklet 的原理。

注：本文中的linux kernel的版本是4.0

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标签: tasklet

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Linux cpufreq framework(2)_cpufreq driver

作者：wowo 发布于：2015-6-19 22:27 分类：电源管理子系统

本文从平台驱动工程师的角度，介绍怎么编写cpufreq驱动。

注1：本文基于linux-3.18-rc4内核，其它版本内核可能会稍有不同。

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标签: Linux driver cpufreq

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linux cpufreq framework(1)_概述

作者：wowo 发布于：2015-6-13 22:20 分类：电源管理子系统

linux kernel主要通过三类机制实现SMP系统CPU core的电源管理功能：

1）cpu hotplug。根据应用场景，enable/disable CPU core，具体可参考“Linux CPU core的电源管理(4)_cpu control”。

2） cpuidle framework。在没有进程调度的时候，让CPU core进入idle状态，具体可参考“cpuidle framework系列文章”。

3） cpufreq framework。根据使用场景和系统负荷，调整CPU core的电压（voltage）和频率（frequency），具体可参考本文以及后续cpufreq相关的。

对CPU core来说，功耗和性能是一对不可调和的矛盾，通过调整CPU的电压和频率，可以在功耗和性能之间找一个平衡点。由于调整是在系统运行的过程中，因此cpufreq framework的功能也称作动态电压/频率调整（Dynamic Voltage/Frequency Scaling，DVFS）。

本文主要从功能说明和软件架构两个角度介绍cpufreq framework。

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标签: Linux cpufreq dvfs hmp

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Linux电源管理(15)_PM OPP Interface

作者：wowo 发布于：2015-6-4 21:54 分类：电源管理子系统

本文是分析cpufreq framework之前的一篇前置文章，用于介绍Linux电源管理中的Operating Performance Point (OPP)接口。

OPP是一个单纯的软件library，用于归纳、管理各个硬件模块的、可工作的｛频率｝/ ｛电压｝组合。它不涉及任何硬件，也没有复杂的逻辑，再加上Kernel document（Documentation/power/opp.txt ）描述的非常清晰，因此本文只是简单的从功能和API两个方便介绍OPP，不再分析其source code及内部实现逻辑。

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标签: Linux PM Power opp

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Linux CPU core的电源管理(2)_cpu topology

作者：wowo 发布于：2015-5-30 21:58 分类：电源管理子系统

在“Linux CPU core的电源管理(1)_概述”中，我们多次提到SMP、CPU core等概念，虽然硬着头皮写下去了，但是蜗蜗对这些概念总有些似懂非懂的感觉。它们和CPU的进化过程息息相关，最终会体现在CPU topology（拓扑结构）上。因此本文将以CPU topology为主线，介绍CPU有关（主要以ARM CPU为例）的知识。

另外，CPU topology除了描述CPU的组成之外，其主要功能，是向kernel调度器提供必要的信息，以便让它合理地分配任务，最终达到性能和功耗之间的平衡。这也是我将“cpu topology”归类为“电源管理子系统”的原因。

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标签: SMP cpu topology SMT NUMA

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Linux内核同步机制之（五）：Read/Write spin lock

作者：linuxer 发布于：2015-5-22 18:38 分类：内核同步机制

在有了强大的spin lock之后，为何还会有rw spin lock呢？无他，仅仅是为了增加内核的并发，从而增加性能而已。spin lock严格的限制只有一个thread可以进入临界区，但是实际中，有些对共享资源的访问可以严格区分读和写的，这时候，其实多个读的thread进入 临界区是OK的，使用spin lock则限制一个读thread进入，从而导致性能的下降。

本文主要描述RW spin lock的工作原理及其实现。需要说明的是Linux内核同步机制之（四）：spin lock是本文的基础，请先阅读该文档以便保证阅读的畅顺。

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标签: rw spinlock

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Linux时间子系统之（十四）：tick broadcast framework

作者：linuxer 发布于：2015-5-21 19:26 分类：时间子系统

在内核中，有cpuidle framework可以控制cpu的节电：当没有进程调度到该cpu上执行的时候，swapper进程粉墨登场，将该cpu会被推入到idle状态。当然 CPU的idle状态有深有浅，当CPU睡的比较深入的时候，有可能会关闭本地的timer硬件。这样就会引入一个很有意思的问题：local timer将无法唤醒CPU，该cpu上的所有的software timer将无法唤醒cpu。tick broadcast framework就是用来解决这个问题的。

本文中的代码来自linux kernel 4.0。

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标签: framework tick broadcast

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Linux CPU core的电源管理(1)_概述

作者：wowo 发布于：2015-4-30 21:20 分类：电源管理子系统

在SMP（Symmetric Multi-Processing）流行起来之前的很长一段时间，Linux kernel的电源管理工作主要集中在外部设备上，和CPU core相关的，顶多就是CPU idle。但随着SMP的普及，一个系统中可用的CPU core越来越多，这些core的频率越来越高，处理能力越来越强，功耗也越来越大。因此，CPU core有关的电源管理，在系统设计中就成为必不可少的一环，与此有关的思考包括：

对消费者（一些专业应用除外）而言，这种暴增的处理能力，是一种极大的浪费，他们很少（或者从不）有如此高的性能需求。但商家对此却永远乐此不疲，原因无外乎：

1）硬件成本越来越低。

2）营销的噱头。

3）软件设计者的不思进取（臃肿的Android就是典型的例子），导致软件效率低下，硬件资源浪费严重。以至于优化几行代码的难度，甚至比增加几个cpu核还困难。

在这种背景下，CPU core的电源管理逻辑，就非常直接了：根据系统的负荷，关闭“多余的CPU性能”，在满足用户需求的前提下，尽可能的降低CPU的功耗。但CPU的控制粒度不可能无限小，目前主要从两个角度实现CPU core的电源管理功能：

1）在SMP系统中，动态的关闭或者打开CPU core（本文重点介绍的功能）。

2）CPU运行过程中，动态的调整CPU core的电压和频率（将在其它文章中单独分析）。

本文将以ARM64为例，介绍linux kernel CPU core相关的电源管理设计。

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标签: Linux PM core cpu

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