[linux thermal] kernel5.4 cpu_cooling.c学习笔记

今天学习了cpu_cooling.c源文件，路径在drivers/thermal/cpu_cooling.c。源代码地址:https://elixir.bootlin.com/linux/v5.4/source/drivers/thermal/cpu_cooling.c

1 文件内容整体描述

cpu_cooling.c主要提供了thermal管理中注册cpufreq cooling device的接口函数，还包含注册时需要调用的函数。这些函数都是kernel的原生框架内容，不同的厂商平台可以依据此框架注册适合于自己平台的cpufreq cooling device。

2 主要数据结构

struct cpufreq_cooling_device {
	int id; //设备ID
	u32 last_load; //最近一次的负载
	unsigned int cpufreq_state; 
	unsigned int max_level; //最大冷却等级
	struct freq_table *freq_table; //频率和功率对应表，频率按降序排列，freq_table数据结构如下所示
	struct cpufreq_policy *policy; //cpu对应的policy
	struct list_head node;
	struct time_in_idle *idle_time;
	struct freq_qos_request qos_req;
};
struct freq_table {
	u32 frequency;
	u32 power;
};

/* Bind cpufreq callbacks to thermal cooling device ops */
//cpufreq cooling device的操作函数，注意下面这两个数据结构的区别
static struct thermal_cooling_device_ops cpufreq_cooling_ops = {
	.get_max_state = cpufreq_get_max_state,
	.get_cur_state = cpufreq_get_cur_state,
	.set_cur_state = cpufreq_set_cur_state,
};
static struct thermal_cooling_device_ops cpufreq_power_cooling_ops = {
	.get_max_state		= cpufreq_get_max_state,
	.get_cur_state		= cpufreq_get_cur_state,
	.set_cur_state		= cpufreq_set_cur_state,
	.get_requested_power	= cpufreq_get_requested_power,
	.state2power		= cpufreq_state2power,
	.power2state		= cpufreq_power2state,
};

3 主要接口函数

1 . cpufreq_cooling_register
函数功能：注册cpufreq cooling device，可支持多个cpufreq cooling device注册，其名称为"thermal-cpufreq-%x"
参数：cpufreq policy
返回：注册成功，返回thermal_cooling_device数据结构。
可以看到注册的cpufreq_cooling_device本质上是thermal_cooling_device。

struct thermal_cooling_device *
cpufreq_cooling_register(struct cpufreq_policy *policy)
{
	return __cpufreq_cooling_register(NULL, policy, 0);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(cpufreq_cooling_register);

2 . of_cpufreq_cooling_register
函数功能：注意和cpufreq_cooling_register进行区分，其和cpufreq_cooling_register函数功能相同，都是注册thermal-cpufreq-%x的cpufreq cooling device，不同的是这个函数中的cpufreq cooling device是与设备树提供的节点相关联的。在这个接口中，所注册的cooling device引入了cpu功耗模型的应用，前提是cpus都注册了它们相对应的OPP（这一部分的注册在OPP模块中，本文不作详述）。它还可以根据设备树提供的能效模型数据来计算cpu的静态功耗。如果芯片具备能效模型（一般由ASIC提供），那么最好用这个接口。
参数：cpufreq policy
返回：注册成功，返回thermal_cooling_device数据结构。

struct thermal_cooling_device *
of_cpufreq_cooling_register(struct cpufreq_policy *policy)
{
	struct device_node *np = of_get_cpu_node(policy->cpu, NULL);
	struct thermal_cooling_device *cdev = NULL;
	u32 capacitance = 0;

	if (!np) {
		pr_err("cpu_cooling: OF node not available for cpu%d\n",
		       policy->cpu);
		return NULL;
	}

	if (of_find_property(np, "#cooling-cells", NULL)) {
		of_property_read_u32(np, "dynamic-power-coefficient",
				     &capacitance);

		cdev = __cpufreq_cooling_register(np, policy, capacitance);
		if (IS_ERR(cdev)) {
			pr_err("cpu_cooling: cpu%d failed to register as cooling device: %ld\n",
			       policy->cpu, PTR_ERR(cdev));
			cdev = NULL;
		}
	}

	of_node_put(np);
	return cdev;
}

3 . __cpufreq_cooling_register
1和2两个函数最核心的调用是调用函数__cpufreq_cooling_register，其参数不同，决定了其功能上的不同，这个函数很重要。
函数功能：注册cpufreq cooling device。
参数：
np 对应cooling device的设备树节点，是一个指针，指向device_node类型的数据结构；
policy cpufreq policy；
capacitance 对应cpu的动态功耗系数（在of_cpufreq_cooling_register函数中可以看到这个值是从设备树中policy->cpu的节点属性拿到的）。
返回：thermal_cooling_device数据结构。

下面我们来看下这个函数的流程，注意结合上面说到的关键数据结构。

在流程中update_freq_table也是比较重要的一个函数，该函数定义同样是在cpu_cooling.c文件中。
4 . update_freq_table
函数功能：更新freq_table，为freq_table添加相应的功率值。这个table将在cpu_power_to_freq()和cpu_freq_to_power()中被用来进行频率和功率的转换。power单位mW，频率单位KHz。最终获得的table仍以频率降序排列。特别需要注意，power为动态功耗。
参数：
cpufreq_cdev 被更新的freq_table所属的cpufreq cooling device
capacitance cpus的动态功耗系数
返回：成功返回0，如果OPP还没注册好或者内存溢出返回-EINVAL。
函数流程图如下：

以上流程中对电压、频率、功率做了一些数量级的处理，这里只是简单描述计算过程，数量级处理请详细参见源码。
另外，注意到这里power的计算公式为：
power = capacitance × freq × voltage × voltage
这是cpu的动态功耗计算公式。（其实从capacitance就可以看出是动态功耗，因为在注释中明确指出capacitance指的是动态功耗系数）
也就是说freq_table中的freq对应的power是cpu的动态功耗哦！！
有关静态功耗和动态功耗请参见文末附加内容。

附：芯片的功耗组成知识点

芯片的功耗取决于其中的CMOS电路的功耗，这些功耗主要由动态功耗(dynamic_power)和静态功耗(static_power)两部分组成。
(1)动态功耗 = 开关功耗 + 短路功耗，开关功耗就是在mos电路发生电平反转时的功耗（常见CLK），而在电平翻转的瞬间，mos电路中的nmos和pmos有那么一刻pmos和nmos同时导通，此时电源和地之间短路，形成短路电流，造成短路功耗。
(2)静态功耗
CMOS电路中场效应管（FET，Field Effect Transistor）的泄漏电流引起的功耗，也叫做leakage power。
功耗计算公式如下：

其中：
C 负载电容的容值；V 工作电压；A 当前频率下电路的平均翻转率；f 工作频率
以上。
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