Linux Power Managment详解

Linux Power Managment

谨以此文纪念过往的岁月

一．前言

在这个对节能要求越来越严格的年代，对设备的电源管理就显的很重要的了，尤其对于可移动设备，在电源有限的情况下，续航能力就显的很重要的。在本文中将介绍linux是如何对设备电源进行管理的。

二．睡眠

Linux的电源管理的主要几个文件集中在/kernel/power/main.c和/driver/base/power/main.c中。主要以platform设备来看linux的睡眠和唤醒。

 不过在看具体的代码之前，需要了解suspend的几个状态，在linux中定义了两种：

#define PM_SUSPEND_ON                ((__force suspend_state_t) 0)  suspend是否是打开的

#define PM_SUSPEND_STANDBY    ((__force suspend_state_t) 1)  suspend备用

#define PM_SUSPEND_MEM           ((__force suspend_state_t) 3)  mem suspend

#define PM_SUSPEND_MAX             ((__force suspend_state_t) 4)

还有几个跟具体平台相关的结构体：

struct platform_suspend_ops {

         int (*valid)(suspend_state_t state);  --判定平台是否支持该种睡眠状态

         int (*begin)(suspend_state_t state);  --初始化一个给定的系统过渡到睡眠状态

         int (*prepare)(void);              --睡眠前的准备

         int (*enter)(suspend_state_t state);  --真正的进入睡眠

         void (*finish)(void); --当系统离开睡眠模式，在nonboot cpus正确后，恢复设备之前调用。

         void (*end)(void); --在正确恢复设备之后调用，表明系统进入工作状态或者在过渡到睡眠状态时出现错误。

         void (*recover)(void);  --从一个挂起失败中恢复系统

};

以s3c6410为例，在s3c6410_pm_init函数中调用suspend_set_ops来设置上述函数，不过该函数本质是将一个全局变量的suspend_ops设置为某一特定平台的platform_suspend_ops。

static struct platform_suspend_ops s3c6410_pm_ops = {

         .enter                = s3c6410_pm_enter,

         .                  = ,

};

在s3c6410中仅仅实现了上面两个函数并没有其他函数。可以从suspend_valid_only_mem的函数名中知道，该平台仅仅支持SUSPEND_MEM。而enter将会在下面的源码中涉及。

我们还是从一个函数开始神秘的linux电源管理。pm_suspend为内核提供了一个可见的睡眠函数，通过调用这个函数可以让系统进入睡眠。我们以传入的参数为PM_SUSPEND_MEM为例来开始我们的电源管理之旅，不过suspend涉及的内容太多，我们更加的关注设备的电源管理。

int (suspend_state_t state)

{

         if (state > PM_SUSPEND_ON && state <= PM_SUSPEND_MAX)

                   return enter_state(state);

         return -EINVAL;

}

对enter_state进行一些删减就会发现没有太多东西。

static int(suspend_state_t state)

{

         if (!valid_state(state)) --检测平台是否支持传入的睡眠状态。S3c6410仅支持mem状态。

                   return -ENODEV;

         if (!mutex_trylock(&pm_mutex)) --锁定互斥锁

                   return -EBUSY;

         sys_sync();    --同步系统，将缓存中的数据回写到块设备中

下面就将进入真正的suspend。

        

         suspend_devices_and_enter(state);

         suspend_finish();

当程序执行到此就证明系统不但睡眠还被唤醒了。不要看从上面的code到这儿仅仅几句话，但是不知道经过了多少岁月。我们将仔细的来看上面的三个函数。

         mutex_unlock(&pm_mutex);

         return 0;

}

对于下面的三个函数我更加的关注第二函数，没有办法啊，第一个和第三个函数我看不懂啊，其中主要是存储和恢复用户空间和进程。对于这个部分，确是不懂。饭还是慢慢来吃啊，一口吃不成一个胖子啊。

suspend_prepare();

suspend_devices_and_enter(state);

suspend_finish();

int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)

{

         int error, ftrace_save;

         if (!suspend_ops)

                   return -ENOSYS;

         if (suspend_ops->begin) { --如果平台支持begin的话，执行begin

                   error = suspend_ops->begin(state);

                   if (error)

                            goto Close;

         }

         suspend_console();  --将console挂起，从这儿向下系统将不会打印信息，调用printk将会将信息保存在一个缓冲区中。知道console被再次resume，系统才会恢复输出。

         ftrace_save = __ftrace_enabled_save();  --？？？？？？

         error = device_suspend(PMSG_SUSPEND); --将设备挂起

         if (error) {

                   goto Recover_platform;

         }

         if (suspend_ops->prepare) { --睡前准备。

                   error = suspend_ops->prepare();

                   if (error)

                            goto Resume_devices;

         }

         error = (); --禁止所有的非引导CPU，在多核中有用，一个CPU就蜕化为0

         if (!error && !suspend_test(TEST_CPUS))

                   suspend_enter(state);  --进入睡眠

         enable_nonboot_cpus();

 Finish:

         if (suspend_ops->finish)

                   suspend_ops->finish();

 Resume_devices:

         device_resume(PMSG_RESUME);  --resume设备

         __ftrace_enabled_restore(ftrace_save);

         resume_console();        --resume 终端输出

 Close:

         if (suspend_ops->end)

                   suspend_ops->end();

         return error;

Recover_platform:

         if (suspend_ops->recover)

                   suspend_ops->recover();

         goto Resume_devices;

}

那来看设备挂起

int device_suspend(pm_message_t state)

{

         int error;

         might_sleep();  --????????

         error = dpm_prepare(state); --准备挂起

         if (!error)

                   error = dpm_suspend(state); --挂起设备

         return error;

}

其实我们真正关心的设备挂起就在这里，在这里就会看到我们平时用的很多的platform平台中的suspend和resum。

static int (pm_message_t state)

{

         struct list_head list;

         int error = 0;

         INIT_LIST_HEAD(&list);

         mutex_lock(&dpm_list_mtx);

         transition_started = true;

         )) {

                   struct device *dev = to_device(dpm_list.next); 

                   get_device(dev);

                   dev->power.status = DPM_PREPARING;

                   mutex_unlock(&dpm_list_mtx);

                   error = prepare_device(dev, state);

                   mutex_lock(&dpm_list_mtx);

                   if (error) {

                            dev->power.status = DPM_ON;

                            if (error == -EAGAIN) {

                                     put_device(dev);

                                     continue;

                            }

                            put_device(dev);

                            break;

                   }

                   dev->power.status = DPM_SUSPENDING;

                   if (!list_empty(&dev->power.entry))

                            list_move_tail(&dev->power.entry, &list);

                   put_device(dev);

         }

         list_splice(&list, &dpm_list);

         mutex_unlock(&dpm_list_mtx);

         return error;

}

上面的函数如果对设备驱动没有一个大概的了解的话，会看得一头雾水的。那我就慢慢道来，其实也是一种知识的回顾。

list_empty(&)学过linux的都知道这句是判定dpm_list为空，那dpm_list是什么东西呢，这个链表上有什么东西呢？不急，咱们还是以platform为例，来看这个链表上有什么。从开辟一个platform设备开始platform_device_alloc-> device_initialize-> device_pm_init

static inline void device_pm_init(struct device *dev)

{

         dev->power.status = ;

}

在开始的时候device的power.status会被设置为DPM_ON。

在platform_device_add中我们还要关注一个赋值pdev->dev.bus = &;设备的总线类型为platform_bus_type，那我来看看这个总线里有什么。

struct bus_type platform_bus_type = {

         .pm           = PLATFORM_PM_OPS_PTR,

};

static struct pm_ext_ops = {

         .base = {

                   .prepare =,

                   .complete = platform_pm_complete,

                   .suspend = platform_pm_suspend,

                   .resume = platform_pm_resume,

                   .freeze = platform_pm_freeze,

                   .thaw = platform_pm_thaw,

                   .poweroff = platform_pm_poweroff,

                   .restore = platform_pm_restore,

         },

         .suspend_noirq = platform_pm_suspend_noirq,

         .resume_noirq = platform_pm_resume_noirq,

         .freeze_noirq = platform_pm_freeze_noirq,

         .thaw_noirq = platform_pm_thaw_noirq,

         .poweroff_noirq = platform_pm_poweroff_noirq,

         .restore_noirq = platform_pm_restore_noirq,

};

#define PLATFORM_PM_OPS_PTR  &platform_pm_ops

其实对于每一种总线都会有自己的的struct pm_ext_ops *pm;就是电源管理操作集。你看上面的操作集就定义了关于platform总线的pm管理。上面的device_pm_init仅仅将设备的pm状态改变，并没有具体的操作将device加到dpm_list这个链表上。

platform_device_add->device_add->device_pm_add这个函数挺熟悉的，不过以前看platform的时候并没有仔细的看这个函数。今天我们来看这个函数，所谓学习就是今与昔所学相互印证。

void device_pm_add(struct device *dev)

{

         mutex_lock(&dpm_list_mtx);

         list_add_tail(&dev->power.entry, &dpm_list);

         mutex_unlock(&dpm_list_mtx);

}

你看这个函数很简单，对就是很简单，一个简简单单的链表添加，就完成了。在linux中，你会发现有很多东西都是采用链表将东西串联起来，利用链表将以设备挂到一个个不同的链表中，实现一个设备的不同的管理。

在device的结构体中有struct dev_pm_info         power;这个成员就是用于表明该设备当前的电源状态。

enum dpm_state {

         DPM_INVALID,

         DPM_ON,  --正常工作状态

         DPM_PREPARING, --device准备进行pm转化

         DPM_RESUMING, --设备即将被唤醒

         DPM_SUSPENDING, --设备即将睡眠

         DPM_OFF,      --设备此时无效

         DPM_OFF_IRQ,  --设备处于深度睡眠

};

struct dev_pm_info {

         pm_message_t                 power_state;

         unsigned           can_wakeup:1;  

         unsigned           should_wakeup:1;

         enum dpm_state              status;              

         struct list_head        entry;  --这个成员名称就暴露了其作用即是作为一个入口。就可以通过这个链表的节点逆流而上，找到其所属的device

}

到此就应该了解了dpm_list在哪儿被添加了成员。

我们再次回到上面dpm_prepare的函数，继续来看，为了方便从上面的函数中截取一段主要的来看。

while (!list_empty(&)) {

                   struct device *dev = to_device(dpm_list.next); 

                   get_device(dev);

                   dev->power.status = DPM_PREPARING;

                   _device(dev, state);

                   dev->power.status = DPM_SUSPENDING;

                   if (!list_empty(&dev->power.entry))

                            list_move_tail(&dev->power.entry, &list);

                   put_device(dev);

         }

         list_splice(&list, &dpm_list);

上面的code就是从dpm_list这个链表上将一个一个设备拆下来，进行prepare，添加到另外的一个list中。在所有的设备都prepare好了后，直接将list和dpm_list合并就行了。还省了很多资源。

static int prepare_device(struct device *dev, pm_message_t state)

{

         int error = 0;

         down(&dev->sem);

         if (dev->bus && dev->bus->pm && dev->bus->pm->base.prepare) {

                   error = dev->bus->pm->base.prepare(dev);

                   if (error)

                            goto End;

         }

         if (dev->type && dev->type->pm && dev->type->pm->prepare) {

                   error = dev->type->pm->prepare(dev);

                   if (error)

                            goto End;

         }

         if (dev->class && dev->class->pm && dev->class->pm->prepare) {

                   error = dev->class->pm->prepare(dev);

         }

 End:

         up(&dev->sem);

 

         return error;

}

上面的函数很清晰明了，就是调用该设备所属的bus，type以及class的prepare，当然前提是这些东东都存在的情况下。以一个通用的platform设备为例，其bus->pm=platform_pm_ops，那很明显其prepare为platform_pm_prepare，其实现如下：

static int platform_pm_prepare(struct device *dev)

{

         struct device_driver *drv = dev->driver;

         int ret = 0;

         if (drv && drv->pm && drv->pm->prepare)

                   ret = drv->pm->prepare(dev);

 

         return ret;

}

其还是调用了该设备driver的prepare，当然还是其存在的情况下。

在设备prepare完成后就应该是dpm_suspend了。其实现的原理与prepare类似，不讲述了。

下面就来看suspend_enter这个函数。

static int suspend_enter(suspend_state_t state)

{

         int error = 0;

         device_pm_lock();

         arch_suspend_disable_irqs();  --禁止中断

         if ((error = device_power_down(PMSG_SUSPEND))) { --关闭设备电源

                   goto Done;

         }

         error = suspend_ops->enter(state); --进入具体平台的suspend，在其中会使系统进入睡眠程序停止运行，直到系统再次运行才会执行下面的code

         device_power_up(PMSG_RESUME); --恢复设备电源

 Done:

         arch_suspend_enable_irqs(); --使能中断

         BUG_ON(irqs_disabled());

         device_pm_unlock();

         return error;

}

这个函数比较特别一点，函数说明是关闭特殊设备，不知道做何意解。

int device_power_down(pm_message_t state)

{

         struct device *dev;

         int error = 0;

         list_for_each_entry_reverse(dev, &dpm_list, power.entry) {

                   error = suspend_device_noirq(dev, state);

                   if (error) {

                                     break;

                   }

                   dev->power.status = DPM_OFF_IRQ;

         }

         if (!error)

                   error = sysdev_suspend(state);

         if (error)

                   dpm_power_up(resume_event(state));

         return error;

}

关闭某一个设备，该函数运行于所有中断被关闭仅有一个CPU在运行。

static int suspend_device_noirq(struct device *dev, pm_message_t state)

{

         int error = 0;

         if (!dev->bus)

                   return 0;

         if (dev->bus->pm) {

                   error = pm_noirq_op(dev, dev->bus->pm, state);

         } else if (dev->bus->suspend_late) {

                   error = dev->bus->suspend_late(dev, state);

                   suspend_report_result(dev->bus->suspend_late, error);

         }

         return error;

}

static int pm_noirq_op(struct device *dev, struct pm_ext_ops *ops,pm_message_t state)

{

         int error = 0;

         switch (state.event) {

         case PM_EVENT_SUSPEND:

                   if (ops->suspend_noirq) {

                            error = ops->suspend_noirq(dev);

                   }

                   break;

         case PM_EVENT_RESUME:

                   if (ops->resume_noirq) {

                            error = ops->resume_noirq(dev);

                   }

                   Break

}

Return err;

}

还以platform为例：

static int platform_pm_suspend_noirq(struct device *dev)

{

         struct platform_driver *pdrv;

         int ret = 0;

         if (!dev->driver)

                   return 0;

         pdrv = to_platform_driver(dev->driver);

         if (pdrv->pm) {   --当pdrv->pm存在时

                   if (pdrv->pm->suspend_noirq) 

                            ret = pdrv->pm->suspend_noirq(dev);

         } else {  --否则调用suspend_late

                   ret = platform_legacy_suspend_late(dev, PMSG_SUSPEND);

         }

         return ret;

}

static int platform_legacy_suspend_late(struct device *dev, pm_message_t mesg)

{

         struct platform_driver *drv = to_platform_driver(dev->driver);

         struct platform_device *pdev;

         int ret = 0;

         pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev);

         if (dev->driver && drv->suspend_late)

                   ret = drv->suspend_late(pdev, mesg);

         return ret;

}

上面就是设备的suspend，而设备的唤醒则相反将前期禁止的中断打开，使能所有的CPU，再次将所suspend的设备resume。将suspend所做的一切的一切都恢复原样。这里就不描述了。各位看官对linux的电源管理应该有了一个总体的理解。

三．总结

对于Android的睡眠则是在其上添加wakelock，这个可以说是对linux的一点补充吧。以后有时间再看。