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Linux电源管理(13)_Driver的电源管理

作者：Physh 发布于：2014-12-26 18:31 分类：电源管理子系统

首先，回想一下wowo电源管理系列文章中提到的几个PM特性：

A. Wake Count/Wake Source

B. Wake Lock

C. Auto Sleep

D. Runtime Suspend

这篇文章就简单简单整理一下以上特性的在Driver中的使用场景，理解可能有偏差，大家多指教。

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标签: Kernel driver

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Linux电源管理(12)_Hibernate功能

作者：Physh 发布于：2014-12-22 11:51 分类：电源管理子系统

本文简要分析了Linux一种Hibernation实现机制——Swap Suspend的是实现方法。本文会尽量从机制出发，不会深入代码分析，如果您感兴趣，可以参照附件给出的流程图，阅读内核代码，相信您也可以找到其中乐趣。

A. Swap Suspend的原因

B. 如何实现STF

C. Swap Suspend的关键

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标签: Kernel hibernation

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Linux cpuidle framework(1)_概述和软件架构

作者：wowo 发布于：2014-12-17 23:04 分类：电源管理子系统

在计算机系统中，CPU的功能是执行程序，总结起来就是我们在教科书上学到的：取指、译码、执行。那么问题来了，如果没有程序要执行，CPU要怎么办？也许您会说，停掉就是了啊。确实，是要停掉，但何时停、怎么停，却要仔细斟酌，因为实际的软硬件环境是非常复杂的。

我们回到Linux kernel上，Linux系统中，CPU被两类程序占用：一类是进程（或线程），也称进程上下文；另一类是各种中断、异常的处理程序，也称中断上下文。

进程的存在，是用来处理事务的，如读取用户输入并显示在屏幕上。而事务总有处理完的时候，如用户不再输入，也没有新的内容需要在屏幕上显示。此时这个进程就可以让出CPU，但会随时准备回来（如用户突然有按键动作）。同理，如果系统没有中断、异常事件，CPU就不会花时间在中断上下文。

在Linux kernel中，这种CPU的无所事事的状态，被称作idle状态，而cpuidle framework，就是为了管理这种状态。

注：cpuidle framework系列文章会以ARM64作为示例平台，由于ARM64刚刚发布不久，较早版本的kernel没有相关的代码，因此选用了最新的3.18-rc4版本的kernel。

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标签: Linux framework cpuidle

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Linux common clock framework(3)_实现逻辑分析

作者：wowo 发布于：2014-11-24 22:31 分类：电源管理子系统

前面两篇clock framework的分析文章，分别从clock consumer和clock provider的角度，介绍了Linux kernel怎么管理系统的clock资源，以及device driver怎么使用clock资源。本文将深入到clock framework的内部，分析相关的实现逻辑。

注：本文使用的kernel版本为linux-3.10.29。虽然最新版本的kernel增加了一些内容，但主要逻辑没有改变，就不紧跟kernel的步伐了。

 

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标签: Linux framework clock 实现

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Linux PM domain framework(1)_概述和使用流程

作者：wowo 发布于：2014-11-13 22:09 分类：电源管理子系统

在复杂的片上系统（SOC）中，设计者一般会将系统的供电分为多个独立的block，这称作电源域（Power Domain），这样做有很多好处，例如：

1）将不同功能模块的供电分开，减小相互之间的干扰（如模拟和数字分开）。

2）不同功能所需的电压大小不同：小电压能量损耗低，但对信号质量的要求较高；大电压能量损耗高，对信号质量的要求较低。因此可以根据实际情况，使用不同的电压供电，例如CPU core只需1.2v左右即可，而大部分的I/O则需要3.3v左右。

3）系统运行的大部分时间，并不需要所有模块都处于power on状态，因此可以通过关闭不工作模块的供电，将它们的耗电降为最低。

4）等等

虽然电源域的好处多多，却不是越多越好，因为划分电源域是需要成本的（需要在PMU中使用模拟电路完成，包括金钱成本和空间成本）。因此，大多数系统会根据功能，设置有限的几个电源域，例如：CPU core（1、2、3…）；GPU；NAND；DDR；USB；Display；Codec；等等。

这种设计引出一个问题：存在多个模块共用一个电源域的情况。因而要求在对模块power on/off的时候，考虑power共用的情况：只要一个模块工作，就要power on；直到所有模块停止工作，才能power off。

Kernel的PM domain framework（位于drivers/base/power/domain.c中），提供了管理和使用系统power domain的统一方法，在解决上面提到的问题的同时，结合kernel的suspend、runtime pm、clock framework等机制，以非常巧妙、灵活的方式，管理系统供电，以达到高效、节能的目的。

同样，作为一个framework，我们可以从三个角度分析：使用者（consumer）的角度；提供者（provider）的角度；内部实现。具体如下。

注：本文的linux kernel版本为3.18-rc4。一般情况下，对于那些相对稳定的framework，蜗蜗不会说明文章所使用的kernel版本，但本文是个例外，因为PM domain很多方便、易用的patch，只能在最新版本（当前为3.18-rc4）kernel上才能看到。

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标签: Linux PM 电源管理 framework domain

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Linux common clock framework(2)_clock provider

作者：wowo 发布于：2014-10-23 23:49 分类：电源管理子系统

本文接上篇文章，从clock driver的角度，分析怎么借助common clock framework管理系统的时钟资源。换句话说，就是怎么编写一个clock driver。

由于kernel称clock driver为clock provider（相应的，clock的使用者为clock consumer），因此本文遵循这个规则，统一以clock provider命名。

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标签: Linux framework clock provider dts

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Linux common clock framework(1)_概述

作者：wowo 发布于：2014-10-20 23:06 分类：电源管理子系统

common clock framework是用来管理系统clock资源的子系统，根据职能，可分为三个部分：

1）向其它driver提供操作clocks的通用API。

2）实现clock控制的通用逻辑，这部分和硬件无关。

3）将和硬件相关的clock控制逻辑封装成操作函数集，交由底层的platform开发者实现，由通用逻辑调用。

因此，蜗蜗会将clock framework的分析文章分为3篇：

第一篇为概述和通用API的使用说明，面向的读者是使用clock的driver开发者，目的是掌握怎么使用clock framework（就是本文）；

第二篇为底层操作函数集的解析和使用说明，面向的读者是platform clock driver的开发者，目的是掌握怎么借助clock framework管理系统的时钟资源；

第三篇为clock framework的内部逻辑解析，面向的读者是linux kernel爱好者，目的是理解怎么实现clock framework。

注1：任何framework的职能分类都是如此，因此都可以按照这个模式分析。

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标签: Linux framework clock API

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Linux电源管理(11)_Runtime PM之功能描述

作者：wowo 发布于：2014-10-8 23:32 分类：电源管理子系统

终于可以写Runtime PM了，说实话，蜗蜗有点小激动。因为从个人的角度讲，我很推崇使用Runtime PM进行日常的动态电源管理，而不是suspend机制。

软件工程的基本思想就是模块化：高内聚和低耦合。通俗地讲呢，就是“各人自扫门前雪”，尽量扫好自己的（高内聚），尽量不和别人交互（低耦合）。而Runtime PM正体现了这一思想：每个设备（包括CPU）都处理好自身的电源管理工作，尽量以最低的能耗完成交代的任务，尽量在不需要工作的时候进入低功耗状态，尽量不和其它模块有过多耦合。每个设备都是最节省的话，整个系统一定是最节省的，最终达到无所谓睡、无所谓醒的天人合一状态。

讲到这里想到自己的一则趣事：大学时，蜗蜗是寝室长，但不爱打扫卫生，于是就提出一个口号，“不污染，不治理；谁污染，谁治理”。结果呢，大家猜就是了，呵呵。言归正传，开始吧。

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标签: Linux PM 电源管理 runtime rpm

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Linux电源管理(10)_autosleep

作者：wowo 发布于：2014-9-18 23:42 分类：电源管理子系统

Autosleep也是从Android wakelocks补丁集中演化而来的（Linux电源管理(9)_wakelocks），用于取代Android wakelocks中的自动休眠功能。它基于wakeup source实现，从代码逻辑上讲，autosleep是一个简单的功能，但背后却埋藏着一个值得深思的话题：

计算机的休眠（通常是STR、Standby、Hibernate等suspend操作），应当在什么时候、由谁触发？

蜗蜗在“Linux电源管理(2)_Generic PM之基本概念和软件架构”中有提过，在传统的操作场景下，如PC、笔记本电脑，这个问题很好回答：由用户、在其不想或不再使用时。

但在移动互联时代，用户随时随地都可能使用设备，上面的回答就不再成立，怎么办？这时，Android提出了“Opportunistic suspend（这个词汇太传神了，很难用简洁的中文去翻译，就不翻译了）”的理论，通俗的讲，就是“逮到机会就睡”。而autosleep功能，无论是基于Android wakelocks的autosleep，还是基于wakeup source的autosleep，都是为了实现“Opportunistic suspend”。

相比较“对多样的系统组件单独控制”的电源管理方案（如Linux kernel的Dynamic PM），“Opportunistic suspend”是非常简单的，只要检测到系统没有事情在做（逮到机会），就suspend整个系统。这对系统的开发人员（特别是driver开发者）来说，很容易实现，几乎不需要特别处理。

但困难的是，“系统没有事情在做”的判断依据是什么？能判断准确吗？会不会浪费过多的资源在"susend->resume-supsend…”的无聊动作上？如果只有一个设备在做事情，其它设备岂不是也得陪着耗电？等等…

所以，实现“Opportunistic suspend”机制的autosleep功能，是充满争议的。说实话，也是不优雅的。但它可以解燃眉之急，因而虽然受非议，却在Android设备中广泛使用。

其实Android中很多机制都是这样的（如wakelocks，如binder，等等），可以这样比方：Android是设计中的现实主义，Linux kernel是设计中的理想主义，当理想和现实冲突时，怎么调和？不只是Linux kernel，其它的诸如设计、工作和生活，都会遇到类似的冲突，怎么对待？没有答案，但有一个原则：不要偏执，不要试图追求非黑即白的真理！

我们应该庆幸有Android这样的开源软件，让我们可以对比，可以思考。偏题有点远，言归正传吧，去看看autosleep的实现。

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标签: Linux PM 电源管理 autosleep

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Linux电源管理(9)_wakelocks

作者：wowo 发布于：2014-9-14 23:17 分类：电源管理子系统

wakelocks是一个有故事的功能。

wakelocks最初出现在Android为linux kernel打的一个补丁集上，该补丁集实现了一个名称为“wakelocks”的系统调用，该系统调用允许调用者阻止系统进入低功耗模式（如idle、suspend等）。同时，该补丁集更改了Linux kernel原生的电源管理执行过程（kernel/power/main.c中的state_show和state_store），转而执行自定义的state_show、state_store。

这种做法是相当不规范的，它是典型的只求实现功能，不择手段。就像国内很多的Linux开发团队，要实现某个功能，都不去弄清楚kernel现有的机制、框架，牛逼哄哄的猛干一番。最后功能是实现了，可都不知道重复造了多少轮子，浪费了多少资源。到此打住，Android的开发者不会这么草率，他们推出wakelocks机制一定有一些苦衷，我们就不评论了。

但是，虽然有苦衷，kernel的开发者可是有原则的，死活不让这种机制合并到kernel分支（换谁也不让啊），直到kernel自身的wakeup events framework成熟后，这种僵局才被打破。因为Android开发者想到了一个坏点子：不让合并就不让合并呗，我用你的机制（wakeup source），再实现一个就是了。至此，全新的wakelocks出现了。

所以wakelocks有两个，早期Android版本的wakelocks几乎已经销声匿迹了，不仔细找还真找不到它的source code（这里有一个链接，但愿读者看到时还有效，drivers/android/power.c）。本文不打算翻那本旧黄历，所以就focus在新的wakelocks上（drivers/power/wakelock.c，较新的kernel都支持）。

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标签: Linux 电源管理 wakelock Android

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