Runtime PM管理也就是設(shè)備驅(qū)動(dòng)里面的電源管理，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體里面的struct dev_pm_ops，只控制設(shè)備自己的電源。這樣可以在設(shè)備不需要工作的時(shí)候可以進(jìn)入到低功耗狀態(tài)，更好的管理設(shè)備自己的電源，所謂：“各掃門(mén)前雪”。

為什么需要Runtime PM？

不同于系統(tǒng)的電源管理，設(shè)備自己的電源管理更加的細(xì)化。這就像一個(gè)層級(jí)關(guān)系，系統(tǒng)整體的是一個(gè)大的電源狀態(tài)管理，但是對(duì)于眾多的集成外國(guó)設(shè)備也不能一刀切，就是不能要干活都干活要休息都休息，要細(xì)化管理不能懶政，就對(duì)每個(gè)設(shè)備自己也來(lái)一套電源狀態(tài)管理，直接把機(jī)制從系統(tǒng)哪里復(fù)制過(guò)來(lái)一份一個(gè)閹割版的就夠用，采用分而治之的思想，只要系統(tǒng)要統(tǒng)一指揮的時(shí)候聽(tīng)話就可以，其他時(shí)候可以自己決策執(zhí)行就是runtime PM管理。這里的設(shè)備有可能是外設(shè)，比如sensor、lcdc等。這里的設(shè)備也有可能是SOC內(nèi)部的某些IP，比如codec、dsp、usb等。

1. 框架介紹

1.1 為什么需要Runtime PM Framework?

系統(tǒng)基本的電源管理，例如關(guān)機(jī)休眠等，需要調(diào)用device的電源Runtime API就是ops回調(diào)函數(shù)，而且需要按一個(gè)順序的queue去實(shí)施，而且系統(tǒng)跟設(shè)備狀態(tài)發(fā)生沖突的時(shí)候也需要去處理，綜上就需要一個(gè)Framework去統(tǒng)一做這些事情

設(shè)備驅(qū)動(dòng)需要根據(jù)系統(tǒng)的一些參數(shù)來(lái)決定自己的電源狀態(tài)，例如CPU是否idle等，就需要系統(tǒng)框架的支持

當(dāng)設(shè)備處于低功耗模式時(shí)，wakeup signal常常需要platform或者bus的支持。

1.2 系統(tǒng)框架圖

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

image.png

關(guān)機(jī)舉例：

休眠舉例：

2. Drivers

Device drivers（包括bus、class、power domain）實(shí)現(xiàn)了runtime pm相關(guān)的runtime_idle/runtime_suspend/runtime_resume三個(gè)回調(diào)：

runtime_suspend用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的低功耗操作

runtime_resume用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的低功耗恢復(fù)相關(guān)的操作

runtime_idle屬于runtime_suspend的一個(gè)過(guò)渡，用于緩沖頻繁的suspend與resume，它會(huì)判斷設(shè)備是否具備suspend的條件，如果具備在合適的時(shí)機(jī)，就會(huì)suspend設(shè)備。

runtime_suspend與runtime_resume回調(diào)函數(shù)里會(huì)調(diào)用clock framework/reset framework/regulator framework提供的時(shí)鐘開(kāi)關(guān)、復(fù)位、電源開(kāi)關(guān)的接口。這里以SPI驅(qū)動(dòng)為例進(jìn)行說(shuō)明：

subsys_initcall(pl022_init);

static int __init pl022_init(void)
{
        return amba_driver_register(&pl022_driver);
}

static struct amba_driver pl022_driver = {
        .drv = {
                .name        = "ssp-pl022",
                .pm        = &pl022_dev_pm_ops,
        },
        .id_table        = pl022_ids,
        .probe                = pl022_probe,
        .remove                = pl022_remove,
};

static const struct dev_pm_ops pl022_dev_pm_ops = {
        SET_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(pl022_suspend, pl022_resume)
        SET_RUNTIME_PM_OPS(pl022_runtime_suspend, pl022_runtime_resume, NULL)
};
                         
#define SET_RUNTIME_PM_OPS(suspend_fn, resume_fn, idle_fn) 
        .runtime_suspend = suspend_fn, 
        .runtime_resume = resume_fn, 
        .runtime_idle = idle_fn,

pm結(jié)構(gòu)體dev_pm_ops 中的有3個(gè)以runtime開(kāi)頭的成員函數(shù)：runtime_suspend（）、runtime_resume（）和runtime_idle（），它們輔助設(shè)備完成運(yùn)行時(shí)的電源管理

struct dev_pm_ops {
    ...
    int (*runtime_suspend)(struct device *dev);
    int (*runtime_resume)(struct device *dev);
    int (*runtime_idle)(struct device *dev);
    ...
};

運(yùn)行時(shí)的PM與前文描述的系統(tǒng)級(jí)掛起到RAM時(shí)候的PM不太一樣，它是針對(duì)單個(gè)設(shè)備，指系統(tǒng)在非睡眠狀態(tài)的情況下，某個(gè)設(shè)備在空閑時(shí)可以進(jìn)入運(yùn)行時(shí)掛起狀態(tài)，而在不是空閑時(shí)執(zhí)行運(yùn)行時(shí)恢復(fù)使得設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)，如此，這個(gè)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)省電。

每個(gè)設(shè)備處理好自己的電源管理，在不需要工作時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。也就是"各人自掃門(mén)前雪"。Linux提供了一系列API，以便于設(shè)備可以聲明自己的運(yùn)行時(shí)PM狀態(tài)：

3. Runtime PM core

Runtime pm core主要提供了三類函數(shù)接口：

提供enable/disable接口給設(shè)備驅(qū)動(dòng)，用于該設(shè)備驅(qū)動(dòng)決定是否打開(kāi)或關(guān)閉RPM，

提供get、put類接口給設(shè)備驅(qū)動(dòng)，用于決定什么時(shí)候進(jìn)入或者恢復(fù)設(shè)備低功耗，

在設(shè)備驅(qū)動(dòng)調(diào)用了get、put接口后RPM會(huì)調(diào)用各設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的runtime_suspend/runtime_resume接口。

對(duì)于決定設(shè)備是否進(jìn)入低功耗的get/put接口的調(diào)用時(shí)機(jī)，一般會(huì)在操作設(shè)備相關(guān)寄存器前調(diào)用get接口，在操作完相關(guān)寄存器后調(diào)用put接口。或者在設(shè)備驅(qū)動(dòng)的open、release、start、stop等接口里調(diào)用，用戶層的services通過(guò)ioctrl或者驅(qū)動(dòng)提供的文件節(jié)點(diǎn)調(diào)用驅(qū)動(dòng)的這些接口。

我們可以這樣簡(jiǎn)單地理解Linux運(yùn)行時(shí)PM的機(jī)制，每個(gè)設(shè)備（總線的控制器自身也屬于一個(gè)設(shè)備）都 有引用計(jì)數(shù)usage_count和活躍子設(shè)備（Active Children，子設(shè)備的意思就是該級(jí)總線上掛的設(shè)備）計(jì)數(shù)child_count，當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)都為0的時(shí)候，就進(jìn)入空閑狀態(tài)，調(diào)用pm_request_idle（dev）。

當(dāng)設(shè)備進(jìn)入空閑狀態(tài)，與pm_request_idle（dev）對(duì)應(yīng)的PM核并不一定直接調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)的runtime_suspend（），它實(shí)際上在多數(shù)情況下是調(diào)用與該設(shè)備對(duì)應(yīng)的bus_type的runtime_idle（）。

在具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)中，一般的用法則是在設(shè)備驅(qū)動(dòng)probe（）時(shí)運(yùn)行pm_runtime_enable（）使能運(yùn)行時(shí)PM支持，在運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)地執(zhí)行“pm_runtime_get_xxx（）->做工作->pm_runtime_put_xxx（）”的序列。如代碼清單19.19中的drivers/watchdog/omap_wdt.c OMAP的看門(mén)狗驅(qū)動(dòng)。

在omap_wdt_start（）中啟動(dòng)了pm_runtime_get_sync（），

而在omap_wdt_stop（）中調(diào)用了pm_runtime_put_sync（）。

static const struct watchdog_ops omap_wdt_ops = {
        .owner                = THIS_MODULE,
        .start                = omap_wdt_start,
        .stop                = omap_wdt_stop,
        .ping                = omap_wdt_ping,
        .set_timeout        = omap_wdt_set_timeout,
        .get_timeleft        = omap_wdt_get_timeleft,
};

static int omap_wdt_start(struct watchdog_device *wdog)
{

    pm_runtime_get_sync(wdev->dev);//告訴內(nèi)核要開(kāi)始用看門(mén)狗這個(gè)設(shè)備了，如果看門(mén)狗設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入省電模式（之前引用計(jì)數(shù)為0且執(zhí)行了運(yùn)行時(shí)掛起），會(huì)導(dǎo)致該設(shè)備的運(yùn)行時(shí)恢復(fù)
    
static int omap_wdt_stop(struct watchdog_device *wdog)
{
    pm_runtime_put_sync(wdev->dev);//告訴內(nèi)核不用這個(gè)設(shè)備了，如果引用計(jì)數(shù)變?yōu)?且活躍子設(shè)備為0，則導(dǎo)致該看門(mén)狗設(shè)備的運(yùn)行時(shí)掛起。

在一些設(shè)備上不使用的時(shí)候不能立即掛起，，因?yàn)閽炱馉顟B(tài)的進(jìn)入和恢復(fù)需要一些時(shí)間，如果設(shè)備不在掛起之間保留一定的時(shí)間，頻繁進(jìn)出掛起反而會(huì)帶來(lái)新的開(kāi)銷。因此，我們可根據(jù)情況決定只有設(shè)備在空閑了一段時(shí)間后才進(jìn)入掛起（一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)一段時(shí)間沒(méi)有被使用的設(shè)備，還會(huì)有一段時(shí)間不會(huì)被使用），基于此，一些設(shè)備驅(qū)動(dòng)也常常使用自動(dòng)掛動(dòng)模式進(jìn)行編程。

在執(zhí)行操作的時(shí)候聲明pm_runtime_get（），操作完成后執(zhí)行pm_runtime_mark_last_busy（）和pm_runtime_put_autosuspend（），一旦自動(dòng)掛動(dòng)的延時(shí)到期且設(shè)備的使用計(jì)數(shù)為0，則引發(fā)相關(guān)runtime_suspend（）入口函數(shù)的調(diào)用。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)PM成員的runtime_suspend（）一般完成保存上下文、切到省電模式的工作，而runtime_resume（）一般完成對(duì)硬件上電、恢復(fù)上下文的工作

4. power domain framework

一個(gè)power domain上可能包含多個(gè)IP，每個(gè)IP可能對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。這些設(shè)備會(huì)在dts中描述與power domain的綁定關(guān)系。系統(tǒng)初始化的時(shí)候，會(huì)將這個(gè)power domain放到一個(gè)鏈表中，然后根據(jù)設(shè)備中dts描述的與power domain的關(guān)系，將設(shè)備掛在power domain節(jié)點(diǎn)下的鏈表中。

當(dāng)某個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)通過(guò)put接口調(diào)用，將usage_count從1減少到0，這時(shí)會(huì)先調(diào)用power domain注冊(cè)的runtime_suspend接口，在這個(gè)接口中，會(huì)先調(diào)用該設(shè)備驅(qū)動(dòng)的runtime_suspend，然后遍歷該power domain下所有的設(shè)備是否都允許suspend（各設(shè)備驅(qū)動(dòng)的usage_count是否為0）,若允許就會(huì)直接調(diào)用關(guān)閉power domian的接口，否則直接返回。當(dāng)某個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)通過(guò)get接口調(diào)用，將usage_count從0增加到1，這時(shí)會(huì)先調(diào)用power domain注冊(cè)的runtime_resume接口，在這個(gè)接口中，會(huì)先將power domain上電，然后再調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的runtime_resume回調(diào)函數(shù)，讓設(shè)備退出低功耗。

5. runtime pm的sysfs

對(duì)于支持rpm的設(shè)備，在相應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)下有多個(gè)rpm相關(guān)屬性的文件節(jié)點(diǎn)，分別為control，runtime_susupend_time,runtime_active_time，autosuspend_delay_ms，runtime_status。接口在文件: /kernel/drivers/base/power/sysfs.c中描述。

/sys/devices/.../power/control

on - 調(diào)用pm_runtime_forbid接口，增加設(shè)備的引用計(jì)數(shù)，然后resume設(shè)備。

auto - 調(diào)用pm_runtime_allow接口，減少設(shè)備的引用計(jì)數(shù)，如果設(shè)備的引用計(jì)數(shù)為0，則idle設(shè)備。

/sys/devices/.../power/runtime_status

active - 設(shè)備的狀態(tài)是正常工作狀態(tài)。

suspend- 設(shè)備的狀態(tài)是低功耗模式。

suspending-設(shè)備的狀態(tài)正在從active->suspend轉(zhuǎn)化。

resuming-設(shè)備的狀態(tài)正在從suspend->active轉(zhuǎn)化。

error-設(shè)備runtime出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)runtime_error的標(biāo)志置位。

unsupported-設(shè)備的runtime 沒(méi)有使能，此時(shí)disable_depth標(biāo)志置位。

/sys/devices/.../power/runtime_suspend_time

設(shè)備在suspend狀態(tài)的時(shí)間

/sys/devices/.../power/runtime_active_time

設(shè)備在active狀態(tài)的時(shí)間

/sys/devices/.../power/autosuspend_delay_ms

設(shè)備在idle狀態(tài)多久之后suspend，設(shè)置延遲suspend的延遲時(shí)間。

后記：

在編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，如果涉及電源管理的功耗需求，就需要實(shí)現(xiàn)struct dev_pm_ops，為驅(qū)動(dòng)程序增加一個(gè)電源管理的功能，會(huì)更加的靈活，也是我們?nèi)?yōu)化系統(tǒng)功耗的一個(gè)重要方向。因?yàn)榇蠖鄶?shù)程序估計(jì)是供應(yīng)商提供的，但是我們自己的加的硬件的程序估計(jì)是我們自己去寫(xiě)的，并且做業(yè)務(wù)挺耗電，給自己寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)加個(gè)電源管理就挺好。