Tina_Linux_功耗管理_开发指南

Posted 2023-03-06 韦东山

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Tina_Linux_功耗管理_开发指南相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Tina Linux 功耗管理开发指南

1 概述

1.1 编写目的

简要介绍tina 平台功耗管理机制，为关注功耗的开发者，维护者和测试者提供使用和配置参考。

1.2 适用范围

表1-1: 适用产品列表

产品名称	内核版本	休眠类型	参与功耗管理的协处理器
R328	Linux-4.9	NormalStandby	无
R329	Linux-4.9	SuperStandby	DSP0
D1-H	Linux-5.4	NormalStandby	无
V853	Linux-4.9	SuperStandby/NormalStandby	无

注：若同时支持多种休眠类型，则系统最终进入的休眠状态，根据唤醒源的配置自动确定。一般来说（无特别说明），唤醒源仅包括rtc, nmi(powerkey),

gpio(wlan,usb 插拔等) 这些唤醒源，则最终进入super standby，否则包含任意的其他的唤醒源，则进入normal standby。

1.3 适用人员

tina 平台下功耗管理相关的开发、维护及测试相关人员。

2 Tina 功耗管理框架概述

2.1 功能介绍

tina 功耗管理系统主要由休眠唤醒（standby、autosleep、runtime pm），调频调压（cpufreq、devfreq、dvfs ），开关核（cpu hotplug），cpuidle 等子系

统组成。主要用于对系统功耗进行管理和控制，平衡设备功耗和性能。

一般我们可将其分为两类，即静态功耗管理和动态功耗管理。

图2-1: 功耗管理系统分类

一般地，可以动态调整或实时改变系统状态而达到节能目的技术，称为动态功耗管理，例如调频调压，idle, hotplug, runtime-pm 等；

相对地，我们把单纯地将系统置为某一种状态，而不实时调整的低功耗技术，称为静态功耗管理，例如休眠唤醒相关技术等。

由于在tina 系统中，动态功耗技术一般来说默认配置好了，基本不需要客户修改, 另外如调频，温控等模块会在Linux 模块开发指南目录下，由模块相关的文档说

明。因此本文主要介绍静态功耗管理技术，即休眠唤醒框架。

2.2 相关术语

表2-1: 术语表

术语	解释
CPUS	全志平台上，专用于低功耗管理的协处理器单元。
CPUX	主处理器单元，主要为客户应用提供算力的ARM/RISC-V 核心。
WFI	ARM 体系中一种指令，可将CPUX 置于低功耗状态，直到有中断发生而退出该状态。详细请参考ARM 手册，例如《DDI0487A_d_armv8_arm.pdf》。
NormalStandby、 SuperStandby	Allwinner 内部术语，系统进入一种低功耗状态，暂停运行，以获取更低的功耗表现，区别是CPUX 是否掉电。前者CPUX 不掉电，系统唤醒直接借助于CPUX 的WFI 指令完成。后者CPUX 掉电，系统唤醒需借助其他硬件模块实现，如CPUS。
Arm Trusted Firmware	ARMv8-A 安全世界软件的一种实现，包含标准接口：PSCI、TBRR、 SMCCC 等。在本文中，将其软硬件实现，统称为ATF。
OP-TEE	一种安全操作系统方案，具有单独的SDK 环境，以二进制文件的形式集成在tina 中，在本文中，统称为OP-TEE。
SCP、ARISC	即CPUS 的SDK 环境。最初CPUS 固件以闭源方式集成在tina 环境中，文件名为scp.bin，故称SCP。现已在tina 中提供开源代码包，目录名为arisc，故又称为ARISC。
BMU	电池管理芯片，提供电池升压，充电管理等功能，同时可外接电源键，用于开机，休眠，唤醒等。
PMU	电源管理芯片，有多个可调的DC-DC, LDO 通道，提供电源管理功能，同时可外接电源键，用于开机，休眠，唤醒等。

2.3 唤醒源支持列表

	PowerKey	LRADC	RTC	WIFI(GPIO)	BT	UART	USB	插拔MAD
R328	N	Y	N	Y	–	–	–	Y
R329	Yˆ1	Y	Y	Y	–	Yˆ2	–	Y
D1-H	N	Y	Y	Y	–	–	–	–
V853	Y	–	Y	Y	–	–	Y	–

注：Y: 支持；N: 不支持；–: 未明确

ˆ1: 仅带PMU 的方案支持；

ˆ2: 仅suart 支持；

3 Tina 休眠唤醒系统简介

3.1 唤醒源分类

唤醒源唤醒的本质是触发系统中断，因此在tina 平台上，我们可以按照中断不同将唤醒源分为两大类，

1、内部唤醒源，一般为IC 内部外设，有自己独立的中断，如RTC，UART，LRADC，USB等。

2、外部唤醒源，这类设备都通过GPIO 中断实现唤醒功能，占用一个对应的引脚，如WIFI，BT，GPIOKEY 等。

如下图，粉色为irq_chip【GPIO 模块也看做是一个irq_chip】，蓝色为内部唤醒源，紫色为外部唤醒源。

图3-1: 中断结构外部唤醒源不同于内部唤醒源，主要有以下不同:

1、外部唤醒源依赖于GPIO 中断，而且GPIO 中断通常是一个GPIO Group 共用一个中断号，因此需要借助irq_chip 框架进行虚拟中断映射。tina 已经实现了映

射，设备驱动使用Linux 中断申请框架即可。

2、外部唤醒源使能唤醒功能时，还需设备驱动保证GPIO 复用功能，时钟，电源，上下拉状态等正常。

3、GPIO 中断分为CPUX 上的GPIO 和CPUS 上的GPIO，以及PMU 上的GPIO，不同模块上的GPIO 在实现上会有一定的差异，但tina 尽可能屏蔽了这些差异。

需要注意的是，不论哪种唤醒源，其正常工作都有以下几个前提：

1、休眠后，发生预定事件后，设备可产生唤醒中断；由设备驱动在其suspend/resume 函数中保证。

2、休眠后，该设备中断使能。设备驱动初始化或在suspend/resume 函数中，向内核注册唤醒源，之后由休眠唤醒框架保证。

3.2 唤醒源说明

本节介绍tinaLinux 内核驱动已经实现的唤醒源，简述其功能。由于各平台实现存在差异，对于以下唤醒源的支持可能不一致，具体请参考唤醒源支持列表。

• PowerKey（NMI）

PowerKey（电源键）一般是连接在PMU/BMU 上控制系统开机的按键，由PMU/BMU 检测管理。当系统处于开机状态时，触发按键，则PMU/BMU 会通过NMI 中

断上报按键事件。休眠框架，根据这个特性可支持其唤醒。另外，PMU/BMU 也会通过NMI 中断上报电池充电，电池过温等事件，由于这些事件都对应NMI 中

断，因此休眠框架无法区分，只能由PMU/BMU 驱动控制使能。

一般地，在支持PowerKey 的平台上，会默认使能此功能。

• LRADC 唤醒

利用LRADC 按键模块，检测到按键后唤醒。

由于LRADC 模块连接的多个按键对应一个LRADC 中断，因此只能整体配置，无法单独禁用/启用某一个按键唤醒。

一般地，在dts 中keyboard 设备节点下，配置“wakeup-source” 属性即可使能。

• RTC 唤醒

RTC 是日历时钟模块，其可以在关机，休眠等状态下正常走时，其支持设置一个未来时间点作为闹钟，当闹钟超时时，会产生RTC 中断，触发系统唤醒。

下面提供一个配置RTC 闹钟的方法，仅用于调试。量产产品中，应用程序应通过/dev/rtc0 设备节点进行闹钟的配置，具体方法可参考Linux 手册。

# 设置5秒后闹钟唤醒（注意定时时间从执行此条命令时开始计算）

echo +5 > /sys/class/rtc/rtc0/wakealarm

一般地，在dts 中rtc 设备节点下，配置“wakeup-source” 属性即可使能。

• WIFI（GPIO）唤醒

本质上是对应引脚的GPIO 中断唤醒。

依赖于WIFI 模块本身对数据包的监听和管理，若模块或驱动无法支持，该功能亦无法使用，实际以模块自身配置为准。

一般地，默认使能，如未使能，则在dts 中wlan 设备节点下，配置相应的GPIO 引脚和“wakeup-source” 属性即可使能，如有疑问，可查阅Tina_Linux WLAN 模块

3.3 休眠唤醒配置说明

在tina 源码根目录，执行make kernel_menuconfig，进入内核配置菜单。

如下图所示，进入Power management options 配置项：

图3-2: 休眠唤醒配置

选中以下配置项：

[*] Suspend to RAM and standby //使能休眠唤醒框架，默认选中
[*] Power Management Debug Support //使能休眠唤醒调试节点，默认选中

3.4 休眠唤醒流程说明

休眠唤醒流程基本上都是由内核框架完成，各家厂商差异不大。具体差异在于设备，系统，平台注册的回调函数，各厂商可通过修改这些回调，来适配各个平台，

实现差异化。

内核主要休眠流程：

1、冻结用户进程和线程；
2、休眠控制台，同步文件系统；
3、休眠设备，调用设备休眠回调（prepare,suspend,suspend_late,suspend_noirq）,内核根据唤醒源配置使能和关闭中断；
4、关闭非引导CPU，关闭全局中断；
5、调用syscore休眠回调，休眠系统服务，如kernel time等；
6、调用平台休眠回调（suspend_ops->enter），进入最终的休眠状态。在此阶段可关闭不必要的时钟，电源，并进入等待唤醒模式。Tina中，各平台最终休眠状态的差别在于此函数的实现。

内核主要唤醒流程：

1、检测到唤醒中断后开始平台唤醒，从平台休眠回调（suspend_ops->enter）中退出，并使能休眠时关闭的时钟，电源；
2、调用syscore唤醒回调，恢复系统服务；
3、使能全局中断，使能关闭的CPU；
4、恢复设备，调用设备唤醒回调（resume_noirq,resume_early,resume,complete）,内核在此阶段还原中断配置；
5、恢复控制台；
6、恢复用户进程和线程，还原到休眠前的状态。

在整个休眠流程中，调用回调函数的顺序，如下图所示：

图3-3: 休眠唤醒回调顺序

在本文中，无特殊说明，有如下约定：

绿色和蓝色方框部分：称为设备休眠唤醒回调，由设备驱动注册；每个驱动可注册一份或留空不注册，调用时，为每个设备都调用一次。

橙黄色方框部分：称为系统休眠唤醒回调，由内核模块注册，休眠系统服务，如内核时间服务等。

紫色方框部分：称为平台休眠唤醒回调，由平台厂商实现并注册，实现平台休眠逻辑，必须实现.valid 和.enter 函数，休眠的最终差异在于enter 函数的实现不

同。

3.5 wakeup count 模块

休眠唤醒是将系统从工作状态切换为非工作状态的一种技术，如果系统当前正在处理重要事件，而错误地切换到非工作状态，可能会造成使用体验不佳，甚至造成

严重的问题。因此休眠唤醒系统需要保证系统在执行一些重要事件时，不能休眠。

因此，一个完整的休眠唤醒框架需要实现以下几点：
（1）当系统正在处理重要事件时，系统不可以进入休眠；
（2）系统休眠过程中，若发生了重要事件需要处理，休眠应立即终止;
（3）系统进入休眠状态后，若发生了重要事件需要处理，应当立即唤醒;

最终内核把上述的“重要事件” 抽象为wakeup event，为了解决上述问题，内核又实现了wakeup count 模块。wakeup count 模块共维护两个计数，即系统当前正

在处理的wakeup event 个数（inpr）和系统已经处理完成的wakeup event 总数（cnt）。
1，休眠前，发起休眠的应用或内核程序，应该判断inpr 是否为0，然后否则应退出此次休眠。
2，休眠过程中，系统会比较save_cnt（进入休眠时的cnt 值）和cnt （当前系统的cnt 值）是否相同，且检测inpr 是不是0，若cnt 发生变化或inpr 不为0，则内核会终止休眠。
3，进入休眠后，系统会处于等待wakeup_event 对应的中断的状态，若发生，则系统唤醒。

3.6 wakelock 模块

在播放音视频或用户操作时，相关的应用程序可能需要阻止内核休眠，防止其他的应用程序或内核发起休眠，而导致设备异常。

为了解决这个问题，内核提供了wake lock 模块，该模块通过sysfs 文件系统想用户空间开放wake_lock 和wake_unlock 两个节点，应用程序可以通过这两个节点

向内核请求一个wakelock，此时内核会上报一个wakeup event，修改wakeup count 计数，阻止系统休眠。当应用程序处理完这一事件后，再通过wake_unlock

节点释放对应的wakelock，仅当系统中不存在任何一个wakelock 时，系统才可以休眠。

3.7 休眠参考示例

1、首先读出当前系统的wakeup count

若读取时阻塞，说明系统存在wakeup event 正在处理，即inpr 不为0，此时不能休眠。

若读取成功，则说明inpr 为0 ，且读出的值即为系统当前的cnt。

root@TinaLinux:/# cat /sys/power/wakeup_count
8

2、将读出的cnt 写回wakeup_count

若写入成功，说明cnt 被内核保存为save_cnt，之后系统可以休眠。

若写入失败，说明在本次读写cnt 的过程中产生了wakeup event，应该重复步骤1～2，直到写入成功。

root@TinaLinux:/# echo 8 > /sys/power/wakeup_count

3、尝试休眠

若休眠过程中未产生wakeup event，系统成功休眠。

若休眠过程中产生了wakeup event，内核会检测到inpr 不为0，或当前cnt 不等于save_cnt，系统会终止休眠，回退到正常状态，应用程序可等待一段时间后，重

复1~3 步，再次尝试。

root@TinaLinux:/# echo mem > /sys/power/state

休眠脚本示例：

#!/bin/ash
function suspend()

while true; do
if [ -f '/sys/power/wakeup_count' ] ; then
cnt=$(cat /sys/power/wakeup_count)
echo "Read wakeup_count: $cnt"
echo $cnt > /sys/power/wakeup_count
if [ $? -eq 0 ] ; then
echo mem > /sys/power/state
break;
else
echo "Error: write wakeup_count($cnt)"
sleep 1;
continue;
fi
else
echo "Error: File wakeup_count not exist"
break;
fi
done

echo "try to mem..."
suspend

技巧

休眠时不应连接usb，在usb 连接状态下，usb driver 会上报wake event，且永远不会释放，导致读取wakeup_count 阻塞。若出现执行阻塞的情况，拔掉USB 即可。

3.8 基础节点说明

state

路径：/sys/power/state

Linux 标准节点，系统休眠状态配置节点。通过写入不同的状态级别（freeze，standby，mem）可使系统进入到不同级别的休眠状态。

freeze 状态为Linux 系统自身支持的一种休眠状态，与平台无耦合，不调用到平台回调接口，无底层总线，时钟，电源控制，但会在调用设备休眠回调后进入

cpuidle 状态。

standby，mem 状态在tina 中效果相同。

# 强制进入休眠，不会判断系统inpr, cnt 状态

root@TinaLinux:/# echo mem > /sys/power/state

警告

未通过wakeup_count 节点判断系统当前状态是否可以休眠，而直接使用echo mem > /sys/power/state命令强制系统进入休眠会使休眠唤醒流程忽略对inpr 和

cnt 变量检测，可能会导致一些同步问题。如休眠过程中，WIFI 唤醒中断不能导致休眠流程终止，而出现系统强制休眠，无法唤醒的异常。

wakeup_count

路径：/sys/power/wakeup_count

Linux 标准节点，将wakeup count 模块维护的计数开放到用户空间，为应用程序提供一个判断系统是否可以休眠的接口。

具体使用参考上文wakeup count 相关说明。

wake_[un]lock

路径：/sys/power/wake_lock、/sys/power/wake_unlock

Linux 标准节点，wake lock 模块开放到用户空间的接口。

应用程序可以通过wake_lock 节点申请一个lock，并通过wake_unlock 节点释放对应的lock，任一应用程序持有wakelock，系统都不休眠。

# 申请一个NativePower.Display.lock

root@TinaLinux:/# echo NativePower.Display.lock > /sys/power/wake_lock

# 可以查看有系统中存在哪些wakelock

root@TinaLinux:/# cat /sys/power/wake_lock
NativePower.Display.lock

# 释放NativePower.Display.lock

root@TinaLinux:/# echo NativePower.Display.lock > /sys/power/wake_unlock

# 可以查看那些wakelock被释放

root@TinaLinux:/# cat /sys/power/wake_unlock
NativePower.Display.lock

技巧
注意：强制休眠命令不会判断系统inpr, cnt 状态，因此wake_lock 机制无效。

pm_print_times

路径：/sys/power/pm_print_times

Linux 标准节点，该节点标志是否在休眠唤醒流程中，打印device 休眠唤醒调用信息。

该节点默认值为0，即不打印设备调用信息。

# 使能设备回调信息输出

root@TinaLinux:/# echo 1 > /sys/power/pm_print_times

pm_wakeup_irq

路径：/sys/power/pm_wakeup_irq

Linux 标准节点，只读。用于查看上一次唤醒系统的唤醒中断号。

说明

在Linux-4.9 中，该节点对于外部唤醒源的中断无法正常显示。

这是由于pinctrl 驱动中，为gpio 设置了IRQF_NO_SUSPEND 标志导致，由于影响模块较多，暂不处理。

# 使能设备回调信息输出

root@TinaLinux:/# cat /sys/power/pm_wakeup_irq

pm_test

路径：/sys/power/pm_test

Linux 标准节点。由内核实现的一种休眠唤醒调试机制。

读该节点会打印其支持的调试点，如下：

# linux 默认支持的调试点

root@TinaLinux:/# cat /sys/power/pm_test
[none] core processors platform devices freezer

对该节点写入其支持的调试点，会在休眠过程中，执行到该调试点时，等待几秒后返回。

root@TinaLinux:/# echo core > /sys/power/pm_test

说明
Freezer：任务冻结后，等待5s，即返回；
Devices：执行设备回调prepare，suspend 后，等待5s，即返回；
Platform：执行设备回调suspend_late、suspend_noirq 后，等待5s，即返回；
Processors：关闭非引导cpu 后，等待5s，即返回；
Core：冻结系统服务，如内核时间服务后，等待5s，即返回；
None：整个休眠流程全部走完，需触发唤醒源唤醒；

console_suspend

路径：/sys/module/printk/parameters/console_suspend

Linux 标准节点，该节点标记在系统进入休眠时，是否休眠控制台。

这个节点默认值为Y，即默认会休眠控制台。

将其设置为N 后，系统休眠时将不休眠控制台，这样可以将休眠后期（控制台休眠阶段后）的日志实时打印到控制台，便于调试。

# 禁用控制台休眠

root@TinaLinux:/# echo N > /sys/module/printk/parameters/console_suspend

ignore_loglevel

路径：/sys/module/printk/parameters/ignore_loglevel

Linux 标准节点，忽略打印级别控制。

这个节点默认值为N，即不忽略打印级别，仅输出可打印级别的日志。可打印级别由proc/sys/kernel/printk 点控制。

将其设置为Y 后，任何级别的系统日志都可以输出到控制台。这不仅仅在休眠唤醒过程中有效，

在系统正常工作时也有效。

# 忽略系统日志打印级别

root@TinaLinux:/# echo Y > /sys/module/printk/parameters/ignore_loglevel

initcall_debug

路径：/sys/module/kernel/parameters/initcall_debug

Linux 标准节点，该节点标记是否开启内核早期日志，在内核启动早期先初始化控制台，输出内核启动早期日志信息。在休眠唤醒流程中，会影响到唤醒早期部分

日志的打印。

该节点默认值由内核参数确定，一般为N，即不使能早期打印。将其设置为Y 后，会多打印syscore_ops 调用信息。

使能该节点后，会休眠唤醒过程中打印各个设备休眠唤醒回调的调用顺序及返回值，通过这些打印信息，可以判断出是哪个设备休眠唤醒回调出了问题，方便调

试。

# 使能早期打印

root@TinaLinux:/# echo Y > /sys/module/kernel/parameters/initcall_debug

4 差异化方案说明

4.1 V853 休眠唤醒差异介绍

4.1.1 e907 的处理

V853 包含一个riscv 协处理器（e907 )，主要负责一些录像相关驱动及算法的处理。由于其运行在dram 中，系统休眠后它不能运行，因此它不会参与到最终的休

眠唤醒流程中。为了保证休眠唤醒后，e907 不会因为dram 进入自刷新而出现跑飞的情况，我们必须在dram 进入自刷新模式前将其关停，dram 恢复后再让其恢

复运行现场。

为了将e907 关停，我们将e907 作为linux 的一个外设，实现对应驱动的suspend/resume函数。在supend 函数中，通过核间通信机制通知e907 系统即将休眠，

e907 收到消息后保存自己的现场并进入关停状态（WFI）。最终e907 会下电，唤醒时，由cpux 为其上电，然后在resume 函数中，同样发送系统唤醒消息，

e907 通过该消息中断触发自己恢复现场运行。

4.1.2 基于boot 的superstandby 实现

superstandby 的主要特点是可以将主cpu 完全关闭，达到极致休眠功耗的目的。但由于cpu 需要掉电重开，因此一般会借助协处理器或其他硬件实现，例如

cpus, dsp 等。但在v853上，方案上没有上述硬件单元，因此在实现superstandby 时借助了rtc 部分寄存器不会掉电复位的特性。具体流程如下：
• 休眠时，先执行kernel 休眠流程，冻结任务，关闭设备，并保存cpu 现场；
• 判断如果是superstandby, 则保存C 一个superstandby flag 到rtc 寄存器中，并下电CPU；
• 唤醒时，由硬件触发自动cpu 上电，并运行到boot0；
• boot0 检查是否设置了superstandby flag，如果未设置，则走冷启动流程；
• 如果已设置，则直接在唤醒dram 后，跳转到唤醒地址上运行，进入唤醒流程。
• 执行唤醒流程，完成唤醒。

注：此种方式实现基本不依赖任何硬件模块，仅需要硬件可以在触发后自动上电即可（如开机键）。缺点是，唤醒后系统需要执行boot0, 才能进入唤醒流程，这会

拖慢唤醒速度，不利于快唤醒场景。

5 FAQ 问题及处理方法

5.1 系统无法休眠

这种问题一般是由于使用了wakelock 机制，在休眠前判断系统状态时，系统存在wakelock ,最终导致系统无法进入休眠流程。

处理：
• 一般先通过cat /sys/power/wake_lock 来确认是否存在wakelock；
• 注意：如果连接了usb，则usb driver 会申请wakelock，但该用户空间节点无法读出来。
• 如果存在usb 链接，拔掉usb；存在wakelock, 则可以通过cat /sys/power/wake_unlock 节点来取消该wakelock；
• 然后再次尝试使用上文的休眠脚本示例休眠；
• 另外，也可以直接执行echo mem > /sys/power/state在不释放wakelock 的情况下，强制休眠，来验证一些这个问题。注: 我们一般建议此操作仅用于临时调试，因为该操作会导致wakelock没有效果。
• 最终，需要找出设置wakelock 的模块，跟本上解决问题。

5.2 系统休眠后直接重启或延时几秒后重启

这种问题一般是由于休眠过程中，某一驱动模块oops 卡死，导致触发保护机制重启，或休眠后系统掉电异常，例如rtc 的电也掉了导致。

对于前者，可以使能休眠唤醒日志，确认是哪一模块，然后找相关同事协助处理；临时测试，也可以先尝试去掉该驱动模块；

# 使能休眠唤醒所有的日志

echo 1 > /sys/power/pm_print_times;
echo N > /sys/module/printk/parameters/console_suspend;
echo Y > /sys/module/kernel/parameters/initcall_debug;
echo 8 > /proc/sys/kernel/printk;

对于后者，先排除前者问题后，可以用万用表或示波器抓取一些关键电源的休眠状态，如vccrtc,vdd-cpu, vdd-sys, vcc-pll 等，然后与正常机器比较，或找相关硬

件同事确认。

也有一些其他原因，如内存踩踏等，可导致此现象，这里不展开说明。