Linux電源管理(1)_總體架構(轉自蝸窩科技，www.wowotech.net)

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1. 前言

在這個世界中，任何系統的運轉都須要能量。如樹木依靠光能生長，如馬兒依靠食物奔跑，如計算機系統依靠電能運行。而 能量的獲取是有成本的，所以若是能在保證系統運轉的基礎上，儘可能節省對能量的消耗，就會大大提高該系統的生存競爭力。這方面，大天然已經作的很好了，如植 物的落葉，如動物的冬眠，等等。而在計算機的世界裏（這裏以運行Linux OS的嵌入式系統爲例），稱做電源管理（Power Management）。

通俗的講，電源管理就是：「想讓馬兒跑，不想馬吃草」。不過，從能量守恆的角度，想讓馬兒跑多快、跑多久，就必定要讓它吃相應數量的草。那麼咱們就退而求其次：「只在須要馬兒跑時，才讓它吃草」。這就是電源管理的核心思想。那方法呢？能夠這樣：

方法1：不須要馬兒跑時，把它殺掉，這樣就不吃草了。須要馬兒跑時，再養一匹。

在現實世界中，除了傻瓜，應該沒人使用這種方法。由於從新養一匹馬須要時間----我哪裏等得及，須要草----有可能比養一匹閒馬須要的更多。

方法2：不須要馬兒跑時，讓它睡覺，不能睜眼，不能動，不能叫。

先不講馬兒是否願意一直睡覺，這種方法只能減小馬兒吃草的數量，由於它的心臟還在跳動、血液還在流通，這些也消耗能量。不過還好，須要馬兒跑時，應該不須要等過久了。

方法3：不是說心臟跳動、血液流通也消耗能量嗎？那把這些也停下來好了，能省多少是多少嘛。

確實是好方法，很少得先去問問獸醫，能不能搞定。不過以如今的醫學水平，估計實現不了啊。

 

在計算機世界中，上面的方法是再日常不過的了，並且控制的遠比這些精細。由於計算機是人類設計出來的，而馬兒倒是經上帝之手。不過經過馬兒的例子，咱們能夠總結出電源管理的基本行爲：

a, 實時的關閉暫時不使用的部分（可稱做「工做狀態到非工做狀態的轉移」）。例如手機在口袋時，屏幕不必亮。

b, 當須要從新使用那些已關閉部分時（可稱做「非工做狀態到工做狀態的轉移」），不能有太長時間的等待，且轉移過程不能消耗太多的能量。上面的方法1就是一個反面教材，但在計算機的世界裏，狀況會好不少。

2. Linux電源管理的組成

電 源管理（Power Management）在Linux Kernel中，是一個比較龐大的子系統，涉及到供電（Power Supply）、充電（Charger）、時鐘（Clock）、頻率（Frequency）、電壓（Voltage）、睡眠/喚醒（Suspend /Resume）等方方面面（以下圖），蝸蝸會在Linux電源管理系列文章中，對它們一一講述。

注1：該圖片只是一個示意圖，並無劃分軟件層次，所以模塊之間的關係不必定是真正的關係。

在對圖片中的這些組件（也能夠稱做Framework）進行詳細描述以前，先在這裏瞭解一下基本概念。

注 2：Framework是一箇中間層的軟件，提供軟件開發的框架。其目有三：一是屏蔽具體的實現細節，固定對上的接口，這樣能夠方便上層軟件的開發和維 護；二是儘量抽象公共邏輯，並在Framework內實現，以提升重用性、減小開發量；三是向下層提供一系列的回調函數（callback function），下層軟件可能面對差異較大的現實，但只要填充這些回調函數，便可完成全部邏輯，減少了開發的難度。

• Power Supply，是一個供用戶空間程序監控系統的供電狀態（電池供電、USB供電、AC供電等等）的class。通俗的講，它是一個Battery&Charger驅動的Framework
• Clock Framework，Clock驅動的Framework，用於統一管理系統的時鐘資源
• Regulator Framework，Voltage/Current Regulator驅動的Framework。該驅動用於調節CPU等模塊的電壓和電流值
• Dynamic Tick/Clock Event，在傳統的Linux Kernel中，系統Tick是固定週期（如10ms）的，所以每隔一個Tick，就會產生一個Timer中斷。這會喚醒處於Idle或者Sleep狀態 的CPU，而不少時候這種喚醒是沒有意義的。所以新的Kernel就提出了Dynamic Tick的概念，Tick再也不是週期性的，而是根據系統中定時器的狀況，不規律的產生，這樣能夠減小不少無用的Timer中斷
• CPU Idle，用於控制CPU Idle狀態的Framework
• Generic PM，傳統意義上的Power Management，如Power Off、Suspend to RAM、Suspend to Disk、Hibernate等
• Runtime PM and Wakelock，運行時的Power Management，再也不須要用戶程序的干涉，由Kernel統一調度，實時的關閉或打開設備，以便在使用性能和省電性能之間找到最佳的平衡
  注 3：Runtime PM是Linux Kernel親生的運行時電源管理機制，Wakelock是由Android提出的機制。這兩種機制的目的是同樣的，所以只須要支持一種便可。另外，因爲 Wakelock機制路子太野了，飽受Linux社區的鄙視，所以咱們不會對該機制進行太多的描述。
• CPU Freq/Device Freq，用於實現CPU以及Device頻率調整的Framework
• OPP（Operating Performance Point），是指可使SOCs或者Devices正常工做的電壓和頻率組合。內核提供這一個Layer，是爲了在衆多的電壓和頻率組合中，篩選出一些相對固定的組合，從而使事情變得更爲簡單一些
• PM QOS，所謂的PM QOS，是指系統在指定的運行狀態下（不一樣電壓、頻率，不一樣模式之間切換，等等）的工做質量，包括latency、timeout、throughput三個參數，單位分別爲us、us和kb/s。經過QOS參數，能夠分析、改善系統的性能

3.  Kernel中電源管理相關的Source code彙整

在蝸蝸使用的Linux 3.10.29版本的內核中，電源管理有關的Source code分別位於：

• 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