Linux电源管理 -- RPM机制

最新推荐文章于 2025-10-31 02:00:00 发布

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#pmc

Runtime Power Management (RPM)是Linux内核中的一种电源管理机制，旨在减少设备在运行时的功耗。RPM通过设备的引用计数管理设备状态，当设备闲置时自动进入低功耗模式。它包括异步和同步操作，以及对级联设备的管理。设备驱动通过`pm_runtime_get`和`pm_runtime_put`接口在需要时获取和释放设备资源，从而触发设备的激活和挂起。RPM框架处理设备间同步问题，确保电源管理操作的有序进行。

    计算机系统的运行是依靠电能运行的，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，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）。
    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。
    对于嵌入式设备而言，功耗管控能力是设备性能表现的重要依据。而嵌入式开发中电源功耗管控主要由驱动控制。

RPM框架

    RPM(Runtime power management)在Linux内核驱动中，是一套运行时电源管理框架，为系统中所有的device提供了一种运行时电源管理的机制。这也是新内核（linux 2.6以后）展现的新特性：模块化处理，实现高内聚和低耦合。通俗地讲呢，就是“各人自扫门前雪”，尽量扫好自己的（高内聚），尽量不和别人交互（低耦合）。而RPM正体现了这一思想：每个设备（包括CPU）都处理好自身的电源管理工作，尽量以最低的能耗完成交代的任务，尽量在不需要工作的时候进入低功耗状态，尽量不和其它模块有过多耦合。每个设备都是最节省的话，整个系统一定是最节省的。
    RPM的软件设计框架如下图所示：
RPM
    为什么需要Runtime PM Framework？

改变设备的电源状态需要整个平台的支持。
当设备处于低功耗模式时，wakeup signal常常需要platform或者bus的支持。
设备驱动不知道什么时候去suspend设备的，也就是驱动是没法判断设备是否处于idle状态，通常需要依赖subsystem，比如bus。
pm相关的操作都需要顺序执行，这时候就免不了使用workqueue。
Runtime PM需要和system-wide suspend需要保持兼容。比如system-wide suspend的时候设备已经处于Runtime PM的SUSPENDED状态了，这时候应该怎么处理此设备？

以上这些工作都需要Runtime PM framework的支持，这也都是Runtime PM framework应该操心的事情。

Runtime PM数据结构

为了实现设备的runtime pm，需要subsystem（PM domains、device types、classes and bus types）和driver提供下面三个回调函数：

//内核驱动中使用的电源管理数据结构
struct dev_pm_ops {
   
   
        ....
	int (*runtime_suspend)(struct device *dev);
	int (*runtime_resume)(struct device *dev);
	int (*runtime_idle)(struct device *dev);
};

三个回调函数分别用于suspend device，resume device和idle device。通常Runtime PM framework会在合适的时机调用三个函数。

Runtime PM运行机制

核心机制

RPM的核心机制是这样的：

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。
当需要使用设备时，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），减少引用计数。每一次put，RPM core都会判断引用计数的值。如果为零，表示该设备不在使用(Idle)了，则使用异步(ASYNC)或同步(SYNC)，调用设备的.runtime_idle回调函数。
.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。、

可以不提供，RPM core会使用异步（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；
可以调用RPM core提供helper函数（pm_runtime_autosuspend_expiration、pm_runtime_autosuspend、pm_request_autosuspend），要求在指定的时间后，suspend设备。

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。
每一次get，RPM core都会判断设备的PM状态，如