Linux电源管理之RuntimePM模型

前言

本文简述了runtime power management（RPM）的概念，分析RPM的软件框架，介绍运行机制。最后讲解修改驱动程序以支持RPM的步骤，在应用层如何使用等。

一、概念

Linux的Runtime PM（runtime power management）框架指的是运行时电源管理，设备在不运行时将自己的时钟、复位及电关闭，在使用的时候再打开。其目的是为了减少系统运行时的功耗。

问题来了：

怎样动态地打开或关闭设备的电源?

最简单的方法:
在驱动程序里,在open函数中打开电源,在close函数中关闭电源

上述方法有一个缺点: 多个APP使用该设备时可能造成干扰？
解决方法：给驱动添加使用计数值: 每当open一次就增加一次计数，close一次减少一次计数，当该计数大于0时打开电源, 等于0时关闭电源。便有了RPM的软件框架。

二、Runtime PM的软件框架

下面是一个大概的软件框架：

• device driver（或者driver所在的bus、class等）需要提供3个回调函数，runtime_suspend、runtime_resume和runtime_idle，分别用于suspend device、resume device和idle device。它们一般由RPM core在合适的时机调用，以便降低device的power consumption。

• RPM core会为每个device维护一个引用计数，get时增加计数值，put时减少计数值，当计数为0时，表明device不再被使用，可以立即或一段时间后suspend，以节省功耗。

三、Runtime PM的运行机制

1、核心机制

RPM的核心机制是这样的：

1）为每个设备维护一个引用计数（device->power.usage_count），用于指示该设备的使用状态。

2）需要使用设备时，device driver调用pm_runtime_get（或pm_runtime_get_sync）接口，增加引用计数；不再使用设备时，device driver调用pm_runtime_put（或pm_runtime_put_sync）接口，减少引用计数。

3）每一次put，RPM core都会判断引用计数的值。如果为零，表示该设备不再使用（idle）了，则使用异步（ASYNC）或同步（SYNC）的方式，调用设备的.runtime_idle回调函数。

4）.runtime_idle的存在，是为了在idle和suspend之间加一个缓冲，避免频繁的suspend/resume操作。因此它的职责是：判断设备是否具备suspend的条件，如果具备，在合适的时机，suspend设备。

5）pm_runtime_autosuspend、pm_request_autosuspend等接口，会起一个timer，并在timer到期后，使用异步（ASYNC）或同步（SYNC）的方式，调用设备的.runtime_suspend回调函数，suspend设备，同时记录设备的PM状态。 （防止设备频繁开关电源）

6）每一次get，RPM core都会判断设备的PM状态，如果不是active，则会使用异步（ASYNC）或同步（SYNC）的方式，调用设备的.runtime_resume回调函数，resume设备。

个人见解:

2、get和put的时机

由于get和put正是设备idle状态的切换点，因此get和put的时机就容易把握了：

1）主动访问设备时，如写寄存器、发起数据传输等等，get，增加引用计数，告诉RPM core设备active；访问结束后，put，减小引用计数，告诉RPM core设备可能idle。

2）设备有事件通知时，get（可能在中断处理中）；driver处理完事件后，put。

3、异步和同步

RPM core提供的默认接口（pm_runtime_get/pm_runtime_put等），采用异步调用的方式（由ASYNC flag表示），启动一个work queue，在单独的线程中，调用.runtime_xxx回调函数，这可以保证设备驱动之外的其它模块正常运行。

另外，如果设备驱动清楚地知道自己要做什么，也可以使用同步接口（pm_runtime_get_sync/pm_runtime_put_sync等），它们会直接调用.runtime_xxx回调函数。

4、级联设备之间的Runtime PM

struct device结构中，有一个parent指针，指向该设备的父设备（没有的话为空）。父设备通常是Bus、host controller，设备的正常工作，依赖父设备。体现在RPM中，就是如下的行为：

1）parent设备下任何一个设备处于active状态，parent必须active。

2）parent设备下任何一个设备idle了，要通知parent，parent以此记录处于active状态的child设备个数。

3）parent设备下所有子设备都idle了，parent才可以idle。

四、修改驱动程序和使用

1、应用层

如何使用runtime PM？

驱动程序提供接口, APP来调用

• echo on > /sys/devices/…/power/control

// 导致驱动程序调用
control_store -> pm_runtime_forbid(dev); :
atomic_inc(&dev->power.usage_count);
rpm_resume(dev, 0);

• echo auto > /sys/devices/…/power/control

// 导致驱动程序调用
control_store -> pm_runtime_allow(dev); :
atomic_dec_and_test(&dev->power.usage_count)C
rpm_idle(dev, RPM_AUTO);

2、驱动层

• 前提: 配置内核支持runtime PM

  make menuconfig
  Power management options —>
  [*] Run-time PM core functionality

2.1、通用模板

• 在dev_pm_ops里提供3个回调函数: runtime_suspend, runtime_resume, runtime_idle

• 对于runtime PM,默认状态下设备的状态是suspended, 如果硬件上它是运行状态,需要调用pm_runtime_set_active()来修改它的状态
  然后调用pm_runtime_enable()来使能runtime PM

  一般是在probe函数里调用上述函数

• 在对应的系统调用接口里调用: pm_runtime_get_sync / pm_runtime_put_sync : 增加/减小计数值, 并且让设备处于resume或suspend状态

• 在remove函数里调用pm_runtime_disable()

2.2、autosuspend功能

• 如果不想让设备频繁地开、关,可以使用autosuspend功能
  驱动里: 执行pm_runtime_use_autosuspend来设置启动autosuspend功能,
  put设备时, 执行这2个函数:
  pm_runtime_mark_last_busy(&lcd_dev.dev);
  pm_runtime_put_sync_autosuspend(&lcd_dev.dev);

• 用户空间, 执行以下命令设置时间值:
  echo 2000 > /sys/devices/platform/mylcd/power/autosuspend_delay_ms

五、实例

参考内核驱动示例: drivers\input\misc\bma150.c

参考资料

蜗窝科技-电源管理子系统
韦东山嵌入式第三期