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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(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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