Younix's Studio.

Android6.0 RK3399 电源管理系统

RockChip Android
字数统计: 2.6k阅读时长: 11 min
2017/08/31 Share

[TOC]

本文是对 wowotech.net 上讲解电源管理系统系列相关文章的学习笔记。
原文地址 http://www.wowotech.net/pm_subsystem/pm_architecture.html

一、基本概念

电源管理（Power Management）在Linux Kernel中，是一个比较庞大的子系统，涉及到供电（Power Supply）、充电（Charger）、时钟（Clock）、频率（Frequency）、电压（Voltage）、睡眠/唤醒（Suspend/Resume）等方方面面。

1.1 Hibernate（冬眠）和Sleep（睡眠）

是Linux电源管理在用户角度的抽象，是用户可以看到的实实在在的东西。它们的共同点，是保存系统运行的上下文后挂起（suspend）系统，并在系统恢复后接着运行，就像什么事情都没有发生一样。它们的不同点，是上下文保存的位置、系统恢复的触发方式以及具体的实现机制。

1.2 Suspend

有两个层次的含义。一是Hibernate和Sleep功能在底层实现上的统称，都是指挂起（Suspend）系统，根据上下文的保存位置，可以分为Suspend to Disk（STD，即Hibernate，上下文保存在硬盘/磁盘中）和Suspend to RAM（STR，为Sleep的一种，上下文保存在RAM中）；二是Sleep功能在代码级的实现，表现为“kernel/power/suspend.c”文件。

1.3 Standby

是Sleep功能的一个特例，可以翻译为“打盹”。
正常的Sleep（STR），会在处理完上下文后，由arch-dependent代码将CPU置为低功耗状态（通常为Sleep）。而现实中，根据对功耗和睡眠唤醒时间的不同需求，CPU可能会提供多种低功耗状态，如除Sleep之外，会提供Standby状态，该状态下，CPU处于浅睡眠模式，有任何的风吹草动，就会立即醒来。

1.4 Wakeup

这是我们第一次正式的提出Wakeup的概念。我们多次提到恢复系统，其实在内核中称为Wakeup。表面上，wakeup很简单，无论是冬眠、睡眠还是打盹，总得有一个刺激让我们回到正常状态。但复杂的就是，什么样的刺激才能让我们醒来？
动物界，温度回升可能是唯一可以让动物从冬眠状态醒来的刺激。而踢一脚、闹钟响等刺激，则可以让我们从睡眠状态唤醒。对于打盹来说，则任何的风吹草动，都可以唤醒。
而在计算机界，冬眠（Hibernate）时，会关闭整个系统的供电，因此想醒来，唯有Power按钮可用。而睡眠时，为了缩短Wakeup时间，并不会关闭所有的供电，另外，为了较好的用户体验，通常会保留某些重要设备的供电（如键盘），那样这些设备就可以唤醒系统。
这些刻意保留下来的、可以唤醒系统的设备，统称为唤醒源（Wakeup source）。而Wakeup source的选择，则是PM设计工作（特别是Sleep、Standby等功能）的重点。

二、Generic PM

传统的常规电源管理 包括关机（Power off）、待机（Standby or Hibernate）、重启（Reboot）、冬眠（Hibernate）、睡眠（Sleep 或被称为 Suspend）。
wowtech 在文章中给这种常规的电源管理起名为 Generic PM，它是和 Runtime PM 相对的。

软件架构如下：

根据上面的描述可知，Generic PM大致可以分为三个软件层次：
API Layer，用于向用户空间提供接口，其中关机和重启的接口形式是系统调用（在新的内核中，关机接口还有一种新方式，具体讲到的时候再说），Hibernate和Suspend的接口形式是sysfs。
PM Core，位于kernel/power/目录下，主要处理和硬件无关的核心逻辑。
PM Driver，分为两个部分，一是体系结构无关的Driver，提供Driver框架（Framework）。另一部分是具体的体系结构相关的Driver，这也是电源管理驱动开发需要涉及到的内容（图中红色边框的模块）。

2.1 Generic PM Reboot

RESTART，正常的重启，也是我们平时使用的重启。执行该动作后，系统会重新启动。
HALT，停止操作系统，然后把控制权交给其它代码（如果有的话）。具体的表现形式，依赖于系统的具体实现。
CAD_ON/CAD_OFF，允许/禁止通过Ctrl-Alt-Del组合按键触发重启（RESTART）动作。
注1：Ctrl-Alt-Del组合按键的响应是由具体的Driver（如Keypad）实现的。
POWER_OFF，正常的关机。执行该动作后，系统会停止操作系统，并去除所有的供电。
RESTART2，重启的另一种方式。可以在重启时，携带一个字符串类型的cmd，该cmd会在重启前，发送给任意一个关心重启事件的进程，同时会传递给最终执行重启动作的machine相关的代码。内核并没有规定该cmd的形式，完全由具体的machine自行定义。

2.2 Power Managent Interface

PM Interface 的功能，对下，定义了 Device PM 相关的回调函数。对上，实现了 PM 统一的操作函数，供 PM 核心逻辑调用。

旧版内核中，PM callbacks 分布在设备模型的大型数据结构中，
如 struct bus_type 中的 suspend、suspend_late、resume、resume_late，
如 struct device_driver/struct class/struct device_type中的suspend、resume。
随着设备复杂度的增加，这些 suspend 和 resume 已经不能满足电源管理的需求，就需要扩充 PM callbacks ，所以会影响这些数据结构。

新版本的内核中，PM callbacks 被统一封装为一个数据结构 struct dev_pm_ops，上层的数据结构只需要包含这个结构即可。
为兼容旧版本也仍然存在 suspend 和 resume ，但是不建议使用。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
 1: /* include/linux/pm.h, line 276 in linux-3.10.29 */
 2: struct dev_pm_ops {
 3:         int (*prepare)(struct device *dev);
 4:         void (*complete)(struct device *dev);
 5:         int (*suspend)(struct device *dev);
 6:         int (*resume)(struct device *dev);
 7:         int (*freeze)(struct device *dev);
 8:         int (*thaw)(struct device *dev);
 9:         int (*poweroff)(struct device *dev);
10:         int (*restore)(struct device *dev);
11:         int (*suspend_late)(struct device *dev);
12:         int (*resume_early)(struct device *dev);
13:         int (*freeze_late)(struct device *dev);
14:         int (*thaw_early)(struct device *dev);
15:         int (*poweroff_late)(struct device *dev);
16:         int (*restore_early)(struct device *dev);
17:         int (*suspend_noirq)(struct device *dev);
18:         int (*resume_noirq)(struct device *dev);
19:         int (*freeze_noirq)(struct device *dev);
20:         int (*thaw_noirq)(struct device *dev);
21:         int (*poweroff_noirq)(struct device *dev);
22:         int (*restore_noirq)(struct device *dev);
23:         int (*runtime_suspend)(struct device *dev);
24:         int (*runtime_resume)(struct device *dev);
25:         int (*runtime_idle)(struct device *dev);
26: };

PM Core 会在特定的电源管理阶段，调用相应的 callbacks，比如 suspend/resume 的过程中，函数调用链如下：
prepare—>suspend—>suspend_late—>suspend_noirq—wakeup—->resume_noirq—>resume_early—>resume—>complete。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
 1: struct bus_type {
 2:         ...
 3:         const struct dev_pm_ops *pm;
 4:         ...
 5: };
 6:  
 7: struct device_driver {
 8:         ...
 9:         const struct dev_pm_ops *pm;
10:         ...
11: };
12:  
13: struct class {
14:         ...
15:         const struct dev_pm_ops *pm;
16:         ...
17: };
18:  
19: struct device_type {
20:         ...
21:         const struct dev_pm_ops *pm;
22: };
23:  
24: struct device {
25:         ...
26:         struct dev_pm_info      power;
27:         struct dev_pm_domain    *pm_domain;
28:         ...
29: };

重点关注 device 结构中的 power 和 pm_domain 变量。
power 变量类型是 struct dev_pm_info
保存 PM 相关的状态：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
struct dev_pm_info {
559     pm_message_t        power_state; //当前的 power 状态
560     unsigned int        can_wakeup:1; //是否可以被唤醒
561     unsigned int        async_suspend:1;
562     bool            is_prepared:1;  /* Owned by the PM core */ //是否 prepared 完成
563     bool            is_suspended:1; /* Ditto */ //是否 suspended 完成
564     bool            is_noirq_suspended:1;
565     bool            is_late_suspended:1;
566     bool            ignore_children:1;
567     bool            early_init:1;   /* Owned by the PM core */
568     bool            direct_complete:1;  /* Owned by the PM core */
569     spinlock_t      lock;
570 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
571     struct list_head    entry;
572     struct completion   completion;
573     struct wakeup_source    *wakeup;
574     bool            wakeup_path:1;
575     bool            syscore:1;
576     bool            no_pm_callbacks:1;  /* Owned by the PM core */
577 #else
578     unsigned int        should_wakeup:1;
579 #endif
580 #ifdef CONFIG_PM
581     struct timer_list   suspend_timer;
582     unsigned long       timer_expires;
583     struct work_struct  work;
584     wait_queue_head_t   wait_queue;
585     struct wake_irq     *wakeirq;
586     atomic_t        usage_count;
587     atomic_t        child_count;
588     unsigned int        disable_depth:3;
589     unsigned int        idle_notification:1;
590     unsigned int        request_pending:1;
591     unsigned int        deferred_resume:1;
592     unsigned int        run_wake:1;
593     unsigned int        runtime_auto:1;
594     unsigned int        no_callbacks:1;
595     unsigned int        irq_safe:1;
596     unsigned int        use_autosuspend:1;
597     unsigned int        timer_autosuspends:1;
598     unsigned int        memalloc_noio:1;
599     enum rpm_request    request;
600     enum rpm_status     runtime_status;
601     int         runtime_error;
602     int         autosuspend_delay;
603     unsigned long       last_busy;
604     unsigned long       active_jiffies;
605     unsigned long       suspended_jiffies;
606     unsigned long       accounting_timestamp;
607 #endif
608     struct pm_subsys_data   *subsys_data;  /* Owned by the subsystem. */
609     void (*set_latency_tolerance)(struct device *, s32);
610     struct dev_pm_qos   *qos;
611 };

pm_domain 指针
PM domain 是针对 device 而言的，通过 PM domain 实现没有 driver 的 device 的电源管理。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
617 /*
618  * Power domains provide callbacks that are executed during system suspend,
619  * hibernation, system resume and during runtime PM transitions along with
620  * subsystem-level and driver-level callbacks.
621  *
622  * @detach: Called when removing a device from the domain.
623  * @activate: Called before executing probe routines for bus types and drivers.
624  * @sync: Called after successful driver probe.
625  * @dismiss: Called after unsuccessful driver probe and after driver removal.
626  */
627 struct dev_pm_domain {
628     struct dev_pm_ops   ops;
629     void (*detach)(struct device *dev, bool power_off);
630     int (*activate)(struct device *dev);
631     void (*sync)(struct device *dev);
632     void (*dismiss)(struct device *dev);
633 };

2.3 device PM callbacks API

为了操作 device PM callbacks 数据结构，定义了大量 API。分为两类：
通用的辅助性质类 API：
直接调用指定设备所绑定的driver的、pm指针的、相应的callback
比如 pm_generic_prepare，查看dev->driver->pm->prepare接口是否存在，如果存在，直接调用并返回结果。

整体电源管理行为相关 API：
将各个独立的电源管理行为组合起来，组成一个较为简单的功能
比如 dpm_prepare，执行所有设备的“->prepare() callback(s)”
比如 dpm_suspend，执行所有设备的“->suspend() callback(s)”
比如 dpm_suspend_start，依次执行dpm_prepare和dpm_suspend两个动作
比如 dpm_suspend_end，依次执行所有设备的“->suspend_late() callback(s)”以及所有设备的“->suspend_noirq() callback(s)”
上面是休眠相关的。
dpm_resume、dpm_complete、dpm_resume_start、dpm_resume_end，是电源管理过程的唤醒动作。和上面类似。

三、Hibernnate & Sleep

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

3.1 软件架构

API Layer 描述用户空间 API 的一个抽象层。
PM Core 电源管理的核心逻辑层。包括：
主功能，负责 global APIs 相关逻辑，为用户空间提供 API
STD，包括hibernate、snapshot、swap、block_io等子模块，负责实现STD功能和硬件无关的逻辑
STR&Stanby，包括suspend和suspend_test两个子模块，负责实现STR、Standby等功能和硬件无关的逻辑
PM Driver 电源管理驱动层，涉及体系结构无关驱动、体系结构有关驱动、设备模型以及各个设备驱动等多个软件模块

3.2 用户空间接口

原文作者：Younix

原文链接：http://iyounix.com/2017/08/31/Android_Driver/Driver/[Android6.0][RK3399] 电池管理系统/

发表日期：August 31st 2017, 11:33:05 pm

更新日期：November 8th 2018, 10:43:42 am

版权声明：本文采用知识共享署名-非商业性使用 4.0 国际许可协议进行许可

CATALOG
  1. 1. 一、基本概念
    1. 1.1. 1.1 Hibernate（冬眠）和Sleep（睡眠）
    2. 1.2. 1.2 Suspend
    3. 1.3. 1.3 Standby
    4. 1.4. 1.4 Wakeup
  2. 2. 二、Generic PM
    1. 2.1. 2.1 Generic PM Reboot
    2. 2.2. 2.2 Power Managent Interface
    3. 2.3. 2.3 device PM callbacks API
  3. 3. 三、Hibernnate & Sleep
    1. 3.1. 3.1 软件架构
    2. 3.2. 3.2 用户空间接口
Total : 166
2018
2017
2016
2015
Invalid date
2015
RockChip Android MediaTek android Linux git C InnerPath VR Food4Thought NFC