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(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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Linux电源管理(14)_从设备驱动的角度看电源管理

作者:wowo 发布于:2015-3-2 22:53 分类:电源管理子系统

相信工作稍微久一点的linux驱动工程师都深有体会:

在旧时光里,实现某一个设备的电源管理功能,是非常简单的一件事情。大多数设备都被抽象为platform设备,driver只需要提供suspend/resume/shutdown等回调函数,并注册到kernel即可。kernel会在系统电源状态切换的过程中,调用driver提供的回调函数,切换设备的电源状态。

但是在新时代中,设备电源管理有关的操作,被统一封装在struct dev_pm_ops结构中了。该结构包含20多个回调函数,再加上复杂的电源管理机制(常规的suspend/resume、runtime PM等等),使设备驱动的电源管理工作不再那么单纯,工程师(如蜗蜗自己)的思路也不再特别清晰。

因此本文希望能以单一设备的电源管理为出发点,结合kernel的电源管理机制,介绍怎样在设备驱动中添加电源管理功能,并分析设备电源状态切换和系统电源状态切换的关系。

另外,我们在电源管理系列文章中,介绍了很多的电源管理机制,如generic PM、wakeup event framework、wakelock、autosleep、runtime PM、PM domain、等等,本文也算是对它们的梳理和总结。

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标签: Device driver PM

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Linux PM QoS framework(1)_概述和软件架构

作者:wowo 发布于:2015-2-4 23:06 分类:电源管理子系统

QOS为Quality Of Service(服务质量)的简称,对PM QoS而言,表示Linux kernel电源管理相关的服务质量。那到底什么是服务质量呢?

我们知道,Linux PM的主要功能,是节省功耗,但同时,会付出一定的性能代价,例如延迟(latency)增加、吞吐量(throughput)下降。可以把PM当作一种服务,把它对性能的影响,类比为服务的质量(QoS)。对性能的影响越大,QoS越低,反之越高。

不过,PM QoS framework的存在,并不是为了定义并测量系统的服务质量(Linux系统对实际的qos没有任何兴趣),而是为了定义一套框架,以满足系统各个实体(如进程、设备驱动等等)对QoS的期望为终极目标。根据实际的场景,这些期望可描述为:xxx不大于某个值;xxx不小于某个值;等等。

这个终极目标,是基于这样的事实:机器是极端的实用主义者。最理想的状况,是刚刚满足系统各个实体对QoS的期望,因而可以在满足需求的同时,最大化的省电。粗俗一点,就是“我能考60分,为什么要多花一点力气去考61分?”。这样的思路,值得我们深思。

本文将基于PM QoS framework整体的软件架构,介绍它的功能、应用场景、使用方式等。

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标签: Linux PM 电源管理 pm_qos qos

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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suspendruntime pmclock 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(5)_Hibernate和Sleep功能介绍

作者:wowo 发布于:2014-6-10 16:11 分类:电源管理子系统

Hibernate和Sleep两个功能是Linux Generic PM的核心功能,它们的目的是类似的:暂停使用——>保存上下文——>关闭系统以节电········>恢复系统——>恢复上下文——>继续使用。

本文以内核向用户空间提供的接口为突破口,从整体上对这两个功能进行介绍,并会在后续的文章中,分析它们的实现逻辑和执行动作。

顺便感概一下,虽然这些机制在Linux系统中存在很久了(类似的概念也存在于Windows系统中),但以蜗蜗的观察,它们被使用的频率并不是很高,特别是在PC上,大多数人在大多数时候选择直接关闭系统。阴错阳差的是,在很多嵌入式设备中,设计者会利用Sleep机制实现热关机功能,以此减少开机的时间。

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标签: Linux PM STD STR wakeup_count

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Linux电源管理(4)_Power Management Interface

作者:wowo 发布于:2014-5-29 15:55 分类:电源管理子系统

Linux电源管理中,相当多的部分是在处理Hibernate、Suspend、Runtime PM等功能。而这些功能都基于一套相似的逻辑,即“Power management interface”。该Interface的代码实现于“include/linux/pm.h”、“drivers/base/power/main.c”等文件中。主要功能是:对下,定义Device PM相关的回调函数,让各个Driver实现;对上,实现统一的PM操作函数,供PM核心逻辑调用。

因此在对Hibernate、Suspend、Runtime PM等功能解析之前,有必要先熟悉一下PM Interface,这就是本文的主要目的。

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标签: Linux PM 电源管理 dev_pm_ops dpm

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Linux电源管理(3)_Generic PM之Reboot过程

作者:wowo 发布于:2014-5-19 15:44 分类:电源管理子系统

在使用计算机的过程中,关机和重启是最先学会的两个操作。同样,这两个操作在Linux中也存在,称作shutdown和restart。这就是本文要描述的对象。

在Linux Kernel中,主流的shutdown和restart都是通过“reboot”系统调用(具体可参考kernel/sys.c)来实现的,这也是本文使用“Generic PM之Reboot过程”作为标题的原因。另外,除了我们常用的shutdown和restart两类操作之外,该系统调用也提供了其它的reboot方式,也会在这里一一说明。

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标签: Linux PM 电源管理 reboot power_off

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