1. 前言

在這個(gè)世界中，任何系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)都需要能量。如樹木依靠光能生長(zhǎng)，如馬兒依靠食物奔跑，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依靠電能運(yùn)行。而 能量的獲取是有成本的，因此如果能在保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，盡量節(jié)省對(duì)能量的消耗，就會(huì)大大提升該系統(tǒng)的生存競(jìng)爭(zhēng)力。這方面，大自然已經(jīng)做的很好了，如植 物的落葉，如動(dòng)物的冬眠，等等。而在計(jì)算機(jī)的世界里（這里以運(yùn)行Linux OS的嵌入式系統(tǒng)為例），稱作電源管理（Power Management）。

通俗的講，電源管理就是：“想讓馬兒跑，不想馬吃草”。不過，從能量守恒的角度，想讓馬兒跑多快、跑多久，就一定要讓它吃相應(yīng)數(shù)量的草。那么我們就退而求其次：“只在需要馬兒跑時(shí)，才讓它吃草”。這就是電源管理的核心思想。那方法呢？可以這樣：

方法1：不需要馬兒跑時(shí)，把它殺掉，這樣就不吃草了。需要馬兒跑時(shí)，再養(yǎng)一匹。

在現(xiàn)實(shí)世界中，除了傻瓜，應(yīng)該沒人使用這種方法。因?yàn)橹匦吗B(yǎng)一匹馬需要時(shí)間----我哪里等得及，需要草----有可能比養(yǎng)一匹閑馬需要的更多。

方法2：不需要馬兒跑時(shí)，讓它睡覺，不能睜眼，不能動(dòng)，不能叫。

先不講馬兒是否愿意一直睡覺，這種方法只能減少馬兒吃草的數(shù)量，因?yàn)樗男呐K還在跳動(dòng)、血液還在流通，這些也消耗能量。不過還好，需要馬兒跑時(shí)，應(yīng)該不需要等太久了。

方法3：不是說心臟跳動(dòng)、血液流通也消耗能量嗎？那把這些也停下來好了，能省多少是多少嘛。

確實(shí)是好方法，不多得先去問問獸醫(yī)，能不能搞定。不過以現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)水平，估計(jì)實(shí)現(xiàn)不了啊。

在計(jì)算機(jī)世界中，上面的方法是再平常不過的了，而且控制的遠(yuǎn)比這些精細(xì)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)是人類設(shè)計(jì)出來的，而馬兒卻是經(jīng)上帝之手。不過通過馬兒的例子，我們可以總結(jié)出電源管理的基本行為：

a, 實(shí)時(shí)的關(guān)閉暫時(shí)不使用的部分（可稱作“工作狀態(tài)到非工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移”）。例如手機(jī)在口袋時(shí)，屏幕沒必要亮。

b, 當(dāng)需要重新使用那些已關(guān)閉部分時(shí)（可稱作“非工作狀態(tài)到工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移”），不能有太長(zhǎng)時(shí)間的等待，且轉(zhuǎn)移過程不能消耗太多的能量。上面的方法1就是一個(gè)反面教材，但在計(jì)算機(jī)的世界里，情況會(huì)好很多。

2. Linux電源管理的組成

電 源管理（Power Management）在Linux Kernel中，是一個(gè)比較龐大的子系統(tǒng)，涉及到供電（Power Supply）、充電（Charger）、時(shí)鐘（Clock）、頻率（Frequency）、電壓（Voltage）、睡眠/喚醒（Suspend /Resume）等方方面面（如下圖），蝸蝸會(huì)在Linux電源管理系列文章中，對(duì)它們一一講述。

注1：該圖片只是一個(gè)示意圖，并沒有劃分軟件層次，因此模塊之間的關(guān)系不一定是真正的關(guān)系。

在對(duì)圖片中的這些組件（也可以稱作Framework）進(jìn)行詳細(xì)描述之前，先在這里了解一下基本概念。

注 2：Framework是一個(gè)中間層的軟件，提供軟件開發(fā)的框架。其目有三：一是屏蔽具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，固定對(duì)上的接口，這樣可以方便上層軟件的開發(fā)和維 護(hù)；二是盡可能抽象公共邏輯，并在Framework內(nèi)實(shí)現(xiàn)，以提高重用性、減少開發(fā)量；三是向下層提供一系列的回調(diào)函數(shù)（callback function），下層軟件可能面對(duì)差別較大的現(xiàn)實(shí)，但只要填充這些回調(diào)函數(shù)，即可完成所有邏輯，減小了開發(fā)的難度。

Power Supply，是一個(gè)供用戶空間程序監(jiān)控系統(tǒng)的供電狀態(tài)（電池供電、USB供電、AC供電等等）的class。通俗的講，它是一個(gè)Battery&Charger驅(qū)動(dòng)的Framework

Clock Framework，Clock驅(qū)動(dòng)的Framework，用于統(tǒng)一管理系統(tǒng)的時(shí)鐘資源

Regulator Framework，Voltage/Current Regulator驅(qū)動(dòng)的Framework。該驅(qū)動(dòng)用于調(diào)節(jié)CPU等模塊的電壓和電流值

Dynamic Tick/Clock Event，在傳統(tǒng)的Linux Kernel中，系統(tǒng)Tick是固定周期（如10ms）的，因此每隔一個(gè)Tick，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Timer中斷。這會(huì)喚醒處于Idle或者Sleep狀態(tài) 的CPU，而很多時(shí)候這種喚醒是沒有意義的。因此新的Kernel就提出了Dynamic Tick的概念，Tick不再是周期性的，而是根據(jù)系統(tǒng)中定時(shí)器的情況，不規(guī)律的產(chǎn)生，這樣可以減少很多無用的Timer中斷

CPU Idle，用于控制CPU Idle狀態(tài)的Framework

Generic PM，傳統(tǒng)意義上的Power Management，如Power Off、Suspend to RAM、Suspend to Disk、Hibernate等

Runtime PM and Wakelock，運(yùn)行時(shí)的Power Management，不再需要用戶程序的干涉，由Kernel統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)時(shí)的關(guān)閉或打開設(shè)備，以便在使用性能和省電性能之間找到最佳的平衡
注 3：Runtime PM是Linux Kernel親生的運(yùn)行時(shí)電源管理機(jī)制，Wakelock是由Android提出的機(jī)制。這兩種機(jī)制的目的是一樣的，因此只需要支持一種即可。另外，由于 Wakelock機(jī)制路子太野了，飽受Linux社區(qū)的鄙視，因此我們不會(huì)對(duì)該機(jī)制進(jìn)行太多的描述。

CPU Freq/Device Freq，用于實(shí)現(xiàn)CPU以及Device頻率調(diào)整的Framework

OPP（Operating Performance Point），是指可以使SOCs或者Devices正常工作的電壓和頻率組合。內(nèi)核提供這一個(gè)Layer，是為了在眾多的電壓和頻率組合中，篩選出一些相對(duì)固定的組合，從而使事情變得更為簡(jiǎn)單一些

PM QOS，所謂的PM QOS，是指系統(tǒng)在指定的運(yùn)行狀態(tài)下（不同電壓、頻率，不同模式之間切換，等等）的工作質(zhì)量，包括latency、timeout、throughput三個(gè)參數(shù)，單位分別為us、us和kb/s。通過QOS參數(shù)，可以分析、改善系統(tǒng)的性能

3. Kernel中電源管理相關(guān)的Source code匯整

在蝸蝸使用的Linux 3.10.29版本的內(nèi)核中，電源管理有關(guān)的Source code分別位于：

• 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