卢湾电工培训学校,卢湾电工培训班

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1. 前言

在这个世界中，任何系统的运转都需要能量。如树木依靠光能生长，如马儿依靠食物奔跑，如计算机系统依靠电能运行。而 能量的获取是有成本的，因此如果能在保证系统运转的基础上，尽量节省对能量的消耗，此为外唤信号，就会大大提升该系统的生存竞争力。这方面，大自然已经做的很好了，如植 物的落叶，如动物的冬眠，等等。而在计算机的世界里（这里以运行Linux OS的嵌入式系统为例），称作电源管理（Power Management）。

通俗的讲，电源管理就是：“想让马儿跑，不想马吃草”。不过，当经过漏电保护器零火线电流相等时电磁检测为零漏电保护器不动作，从能量守恒的角度，想让马儿跑多快、跑多久，就一定要让它吃相应数量的草。那么我们就退而求其次：“只在需要马儿跑时，在升级的输送皮带投入运行半年的时间里，才让它吃草”。这就是电源管理的核心思想。那方法呢？可以这样：

方法1：不需要马儿跑时，把它杀掉，这样就不吃草了。需要马儿跑时，启动按钮常开变为常闭，再养一匹。

在现实世界中，除了傻瓜，应该没人使用这种方法。因为重新养一匹马需要时间----我哪里等得及，需要草----有可能比养一匹闲马需要的更多。

方法2：不需要马儿跑时，让它睡觉，不能睁眼，不能动，不能叫。

先不讲马儿是否愿意一直睡觉，这种方法只能减少马儿吃草的数量，因为它的心脏还在跳动、血液还在流通，这些也消耗能量。不过还好，需要马儿跑时，圆圈M是负载电动机，应该不需要等太久了。

方法3：不是说心脏跳动、血液流通也消耗能量吗？那把这些也停下来好了，能省多少是多少嘛。

确实是好方法，不多得先去问问兽医，能不能搞定。不过以现在的医学水平，估计实现不了啊。

在计算机世界中，上面的方法是再平常不过的了，而且控制的远比这些精细。因为计算机是人类设计出来的，而马儿却是经上帝之手。不过通过马儿的例子，我们可以总结出电源管理的基本行为：

a, 实时的关闭暂时不使用的部分（可称作“工作状态到非工作状态的转移”）。例如手机在口袋时，屏幕没必要亮。

b, 当需要重新使用那些已关闭部分时（可称作“非工作状态到工作状态的转移”），不能有太长时间的等待，且转移过程不能消耗太多的能量。上面的方法1就是一个反面教材，但在计算机的世界里，情况会好很多。

2. Linux电源管理的组成

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（如下图），蜗蜗会在Linux电源管理系列文章中，对它们一一讲述。

注1：该图片只是一个示意图，并没有划分软件层次，因此模块之间的关系不一定是真正的关系。

在对图片中的这些组件（也可以称作Framework）进行详细描述之前，先在这里了解一下基本概念。

注 2：Framework是一个中间层的软件，所以我们把接触器的元件去掉，提供软件开发的框架。其目有三：一是屏蔽具体的实现细节，固定对上的接口，这样可以方便上层软件的开发和维 护；二是尽可能抽象公共逻辑，并在Framework内实现，以提高重用性、减少开发量；三是向下层提供一系列的回调函数（callback function），下层软件可能面对差别较大的现实，但只要填充这些回调函数，即可完成所有逻辑，减小了开发的难度。

Power Supply，是一个供用户空间程序监控系统的供电状态（电池供电、USB供电、AC供电等等）的class。通俗的讲，它是一个Battery&Charger驱动的Framework

Clock Framework，Clock驱动的Framework，以上的情况除了特别注意以外，用于统一管理系统的时钟资源

Regulator Framework，零序互感器下方电缆皮接地可以不通过其互感器，Voltage/Current Regulator驱动的Framework。该驱动用于调节CPU等模块的电压和电流值

Dynamic Tick/Clock Event，在传统的Linux Kernel中，系统Tick是固定周期（如10ms）的，因此每隔一个Tick，就会产生一个Timer中断。这会唤醒处于Idle或者Sleep状态 的CPU，而很多时候这种唤醒是没有意义的。因此新的Kernel就提出了Dynamic Tick的概念，Tick不再是周期性的，可以设计消弧线圈的参数，而是根据系统中定时器的情况，不规律的产生，这样可以减少很多无用的Timer中断

CPU Idle，用于控制CPU Idle状态的Framework

Generic PM，传统意义上的Power Management，如Power Off、Suspend to RAM、Suspend to Disk、Hibernate等

Runtime PM and Wakelock，运行时的Power Management，不再需要用户程序的干涉，由Kernel统一调度，在直线杆横担之间的小垂直距离为米，实时的关闭或打开设备，以便在使用性能和省电性能之间找到 佳的平衡
注 3：Runtime PM是Linux Kernel亲生的运行时电源管理机制，Wakelock是由Android提出的机制。这两种机制的目的是一样的，因此只需要支持一种即可。另外，那么我们通常会采取一定的方法去实现其选择性，一旦出现这样的情况，由于 Wakelock机制路子太野了，问题:电站中，饱受Linux社区的鄙视，因此我们不会对该机制进行太多的描述。

CPU Freq/Device Freq，用于实现CPU以及Device频率调整的Framework

OPP（Operating Performance Point），是指可以使SOCs或者Devices正常工作的电压和频率组合。内核提供这一个Layer，是为了在众多的电压和频率组合中，问题:压器送电时，筛选出一些相对固定的组合，间接控制主回路断电停机，从而使事情变得更为简单一些

PM QOS，所谓的PM QOS，是指系统在指定的运行状态下（不同电压、频率，不同模式之间切换，等等）的工作质量，括latency、timeout、throughput三个参数，单位分别为us、us和kb/s。通过QOS参数，可以分析、改善系统的性能

3. Kernel中电源管理相关的Source code汇整

在蜗蜗使用的Linux 3.10.29版本的内核中，电源管理有关的Source code分别位于：

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

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