1. 電源狀態(tài)介紹

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進(jìn)行電源管理的原則就是不能“占著茅坑不拉屎”，或者“用力過(guò)猛”。我們做一件事情的時(shí)候，生手往往使用蠻力，一會(huì)就累趴下了，老油條又不用力，光占著位置不出活，我們需要的是愿意干活的熟練工，不該用力的時(shí)候不用力，該用力的時(shí)候用大力，這樣才能上工時(shí)間長(zhǎng)，效益高。就像上面圖中的電源狀態(tài)名字，該偷懶的時(shí)候就偷懶磨洋工（Power Save），該甩開(kāi)膀子加油干的時(shí)候就不保留（Power on），該小睡（Standly）或者大睡（Sleep）就去睡覺(jué)。 ????嵌入式設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候也是同樣的道理，CPU等各種元器件并不是每時(shí)每刻都有活干，比如我們的手機(jī)，打游戲（超級(jí)大活）的時(shí)候就費(fèi)電，網(wǎng)絡(luò)視頻電話（大活）也費(fèi)電，看個(gè)電子書(shū)（小活）能省電一點(diǎn)，關(guān)閉屏幕放口袋（沒(méi)活瞇一會(huì)）里面就更省電了。

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各種電源狀態(tài)也是可以相互轉(zhuǎn)化的，比如掏出手機(jī)，按鍵解鎖就從節(jié)能模式到正常模式了，或者手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不用就自動(dòng)進(jìn)入休眠模式了。上圖作為一個(gè)例子，在我們自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)里面可以定義電源模式和編寫(xiě)轉(zhuǎn)換方式。這里的電源模式有兩種類型一種是系統(tǒng)電源狀態(tài)，例如系統(tǒng)關(guān)機(jī)、重啟休眠等，一種是每個(gè)外設(shè)的電源狀態(tài)，例如網(wǎng)口、WiFi、I2C控制器等的關(guān)閉打開(kāi)休眠等。 ?

2. Linux 電源管理的組成



Linux內(nèi)核電源管理的整體架構(gòu)組成，大體可以歸納為如下幾類：

CPU在運(yùn)行時(shí)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行動(dòng)態(tài)電壓和頻率變換的CPUFreq。

CPU在系統(tǒng)空閑時(shí)根據(jù)空閑的情況進(jìn)行低功耗模式的CPUIdle。

多核系統(tǒng)下CPU的熱插拔支持。

系統(tǒng)和設(shè)備針對(duì)延遲的特別需求而提出申請(qǐng)的PM QoS，它會(huì)作用于CPUIdle的具體策略。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)針對(duì)系統(tǒng)掛起到RAM/硬盤(pán)的一系列入口函數(shù)。

SoC進(jìn)入掛起狀態(tài)、SDRAM自刷新的入口。

設(shè)備的運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)電源管理，根據(jù)使用情況動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)設(shè)備。

底層的時(shí)鐘、穩(wěn)壓器、頻率/電壓表（OPP模塊完成）支撐，各驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)都可能用到。

下面就Linux電源管理相關(guān)的一些名詞解釋，你也可以用ChatGPT來(lái)尋找解釋，很多時(shí)候是我們不知道搜什么，就是你不知道你自己不知道，這里告訴你搜什么。

Linux電源管理框架

對(duì)于Linux中的電源管理框架，首先就是分層和抽象，可以看到有三層：

APILayer，用于向用戶空間提供接口，屏蔽底層內(nèi)核和硬件具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這樣方便上層軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。例如關(guān)機(jī)和重啟的接口形式是系統(tǒng)調(diào)用，Hibernate和Suspend的接口形式是sysfs。

PMCore，是盡可能的抽象公共邏輯，并在Framework內(nèi)實(shí)現(xiàn)，以提高重用性、減少開(kāi)發(fā)量，位于kernel/power/目錄下，主要處理和硬件無(wú)關(guān)的核心邏輯。

PM Driver，分為兩個(gè)部分，一是體系結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的Driver，提供Driver框架（Framework），向下層提供一系列的回調(diào)函數(shù)（callback function），下層軟件可能面對(duì)差別較大的現(xiàn)實(shí)，但只要填充這些回調(diào)函數(shù)，即可完成所有邏輯，減小了開(kāi)發(fā)的難度。另一部分是具體的體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的Driver，這也是電源管理驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)需要涉及到的內(nèi)容（圖中紅色邊框的模塊）。

Linux中電源管理有關(guān)的源碼分別位于：

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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

? 3. ARM SoC中PCSA與SCP

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?只從Linux角度研究電源管理還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別是在ARM的異構(gòu)多核SoC中，例如手機(jī)和汽車(chē)的復(fù)雜系統(tǒng)中。系統(tǒng)中有多個(gè)OS，Linux只是其中一個(gè)OS，而且電源管理相關(guān)的控制都是系統(tǒng)非常重要的，必須放安全世界，可惜的是Linux是非安全世界，所以需要Linux-》PSCI-》SMC-》ATF（BL31）-》SCMI-》MailBox-》SCP-》CRU/PMIC/PPU等。

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4. SoC設(shè)計(jì)中的電源管理

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在CMOS電路中功耗可以分為靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。

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靜態(tài)功耗又叫做泄漏功耗，是指電路處于等待或不激活狀態(tài)時(shí)泄漏電流所產(chǎn)生的功耗，跟硬件相關(guān)，系統(tǒng)都不運(yùn)行了軟件就不用關(guān)系了。

動(dòng)態(tài)功耗就是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的功耗，直接看公式：

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?式中C 代表負(fù)載電容的容值，V 是工作電壓，A 是當(dāng)前頻率下電路的平均翻轉(zhuǎn)率，f 為工作頻率，IShort 和ILeakage 分別為短路電流和漏電流。從公式中可知，C、V 、A、f 決定了整個(gè)CMOS 電路的功耗：CMOS芯片的能量消耗正比于電壓的平方和時(shí)鐘頻率。對(duì)于硬件器件的功耗控制技術(shù)，在軟硬件上萬(wàn)變不離其宗，基本就是通過(guò)控制電壓和頻率進(jìn)行的。 ???

?對(duì)于電壓的提供，引入電壓域和電源域的概念，梳理出來(lái)相同電壓需求的器件可以加入一個(gè)電壓域。梳理出來(lái)一個(gè)功能模塊的電壓供應(yīng)放到一塊是一個(gè)電源域。可以使用PMIC進(jìn)行供電。另外引入電源軌的概念，涉及到上下電的順序，因?yàn)楣δ苡布赡苡幸蕾嚕枰O(shè)計(jì)先后順序。 ??

??對(duì)于頻率和復(fù)位，可以使用PLL產(chǎn)生clock，用CRU對(duì)器件的頻率和復(fù)位進(jìn)行管理。需要設(shè)計(jì)PLL對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘樹(shù)，復(fù)位也需要設(shè)計(jì)某個(gè)復(fù)位信號(hào)的作用范圍。復(fù)位還牽扯watchdog的軟硬件喂狗失敗導(dǎo)致的復(fù)位。

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對(duì)于電源域的控制，可以使用一個(gè)獨(dú)立的MCU運(yùn)行SCP固件，上面放PPU對(duì)電壓和頻率一塊控制，如上圖。另一種方案：也可以使用一個(gè)PMU硬件對(duì)電源域進(jìn)行管理，PMU的控制可以放到BL31的安全世界。PMU和SCP的區(qū)別就是SCP是一個(gè)OS有獨(dú)立的軟硬件可以有決策能力，PMU只是一個(gè)硬件執(zhí)行者，一般依附于A核Linux軟件進(jìn)行決策。 ???

還有一個(gè)clock gating的概念，就是把clock頻率降為0，但是電壓還有，從而來(lái)降低功耗，這個(gè)可以在CRU或者PPU中，某些器件不使用需要關(guān)閉降低功耗的時(shí)候不下電，只進(jìn)行clock gating。??

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審核編輯：劉清