0001 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
0002 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
0003
0004 :Original: Documentation/power/energy-model.rst
0005
0006 :翻译:
0007
0008 唐艺舟 Tang Yizhou <tangyeechou@gmail.com>
0009
0010 ============
0011 设备能量模型
0012 ============
0013
0014 1. 概述
0015 -------
0016
0017 能量模型（EM）框架是一种驱动程序与内核子系统之间的接口。其中驱动程序了解不同
0018 性能层级的设备所消耗的功率，而内核子系统愿意使用该信息做出能量感知决策。
0019
0020 设备所消耗的功率的信息来源在不同的平台上可能有很大的不同。这些功率成本在某些
0021 情况下可以使用设备树数据来估算。在其它情况下，固件会更清楚。或者，用户空间可能
0022 是最清楚的。以此类推。为了避免每一个客户端子系统对每一种可能的信息源自己重新
0023 实现支持，EM框架作为一个抽象层介入，它在内核中对功率成本表的格式进行标准化，
0024 因此能够避免多余的工作。
0025
0026 功率值可以用毫瓦或“抽象刻度”表示。多个子系统可能使用EM，由系统集成商来检查
0027 功率值刻度类型的要求是否满足。可以在能量感知调度器的文档中找到一个例子
0028 Documentation/scheduler/sched-energy.rst。对于一些子系统，比如热能或
0029 powercap，用“抽象刻度”描述功率值可能会导致问题。这些子系统对过去使用的功率的
0030 估算值更感兴趣，因此可能需要真实的毫瓦。这些要求的一个例子可以在智能功率分配
0031 Documentation/driver-api/thermal/power_allocator.rst文档中找到。
0032
0033 内核子系统可能（基于EM内部标志位）实现了对EM注册设备是否具有不一致刻度的自动
0034 检查。要记住的重要事情是，当功率值以“抽象刻度”表示时，从中推导以毫焦耳为单位
0035 的真实能量消耗是不可能的。
0036
0037 下图描述了一个驱动的例子（这里是针对Arm的，但该方法适用于任何体系结构），它
0038 向EM框架提供了功率成本，感兴趣的客户端可从中读取数据::
0039
0040 +---------------+ +-----------------+ +---------------+
0041 | Thermal (IPA) | | Scheduler (EAS) | | Other |
0042 +---------------+ +-----------------+ +---------------+
0043 | | em_cpu_energy() |
0044 | | em_cpu_get() |
0045 +---------+ | +---------+
0046 | | |
0047 v v v
0048 +---------------------+
0049 | Energy Model |
0050 | Framework |
0051 +---------------------+
0052 ^ ^ ^
0053 | | | em_dev_register_perf_domain()
0054 +----------+ | +---------+
0055 | | |
0056 +---------------+ +---------------+ +--------------+
0057 | cpufreq-dt | | arm_scmi | | Other |
0058 +---------------+ +---------------+ +--------------+
0059 ^ ^ ^
0060 | | |
0061 +--------------+ +---------------+ +--------------+
0062 | Device Tree | | Firmware | | ? |
0063 +--------------+ +---------------+ +--------------+
0064
0065 对于CPU设备，EM框架管理着系统中每个“性能域”的功率成本表。一个性能域是一组
0066 性能一起伸缩的CPU。性能域通常与CPUFreq策略具有1对1映射。一个性能域中的
0067 所有CPU要求具有相同的微架构。不同性能域中的CPU可以有不同的微架构。
0068
0069
0070 2. 核心API
0071 ----------
0072
0073 2.1 配置选项
0074 ^^^^^^^^^^^^
0075
0076 必须使能CONFIG_ENERGY_MODEL才能使用EM框架。
0077
0078
0079 2.2 性能域的注册
0080 ^^^^^^^^^^^^^^^^
0081
0082 “高级”EM的注册
0083 ~~~~~~~~~~~~~~~~
0084
0085 “高级”EM因它允许驱动提供更精确的功率模型而得名。它并不受限于框架中的一些已
0086 实现的数学公式（就像“简单”EM那样）。它可以更好地反映每个性能状态的实际功率
0087 测量。因此，在EM静态功率（漏电流功率）是重要的情况下，应该首选这种注册方式。
0088
0089 驱动程序应通过以下API将性能域注册到EM框架中::
0090
0091 int em_dev_register_perf_domain(struct device *dev, unsigned int nr_states,
0092 struct em_data_callback *cb, cpumask_t *cpus, bool milliwatts);
0093
0094 驱动程序必须提供一个回调函数，为每个性能状态返回<频率,功率>元组。驱动程序
0095 提供的回调函数可以自由地从任何相关位置（DT、固件......）以及以任何被认为是
0096 必要的方式获取数据。只有对于CPU设备，驱动程序必须使用cpumask指定性能域的CPU。
0097 对于CPU以外的其他设备，最后一个参数必须被设置为NULL。
0098
0099 最后一个参数“milliwatts”（毫瓦）设置成正确的值是很重要的，使用EM的内核
0100 子系统可能会依赖这个标志来检查所有的EM设备是否使用相同的刻度。如果有不同的
0101 刻度，这些子系统可能决定：返回警告/错误，停止工作或崩溃（panic）。
0102
0103 关于实现这个回调函数的驱动程序的例子，参见第3节。或者在第2.4节阅读这个API
0104 的更多文档。
0105
0106
0107 “简单”EM的注册
0108 ~~~~~~~~~~~~~~~~
0109
0110 “简单”EM是用框架的辅助函数cpufreq_register_em_with_opp()注册的。它实现了
0111 一个和以下数学公式紧密相关的功率模型::
0112
0113 Power = C * V^2 * f
0114
0115 使用这种方法注册的EM可能无法正确反映真实设备的物理特性，例如当静态功率
0116 （漏电流功率）很重要时。
0117
0118
0119 2.3 访问性能域
0120 ^^^^^^^^^^^^^^
0121
0122 有两个API函数提供对能量模型的访问。em_cpu_get()以CPU id为参数，em_pd_get()
0123 以设备指针为参数。使用哪个接口取决于子系统，但对于CPU设备来说，这两个函数都返
0124 回相同的性能域。
0125
0126 对CPU的能量模型感兴趣的子系统可以通过em_cpu_get() API检索它。在创建性能域时
0127 分配一次能量模型表，它保存在内存中不被修改。
0128
0129 一个性能域所消耗的能量可以使用em_cpu_energy() API来估算。该估算假定CPU设备
0130 使用的CPUfreq监管器是schedutil。当前该计算不能提供给其它类型的设备。
0131
0132 关于上述API的更多细节可以在 ``<linux/energy_model.h>`` 或第2.4节中找到。
0133
0134
0135 2.4 API的细节描述
0136 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
0137 参见 include/linux/energy_model.h 和 kernel/power/energy_model.c 的kernel doc。
0138
0139 3. 驱动示例
0140 -----------
0141
0142 CPUFreq框架支持专用的回调函数，用于为指定的CPU（们）注册EM：
0143 cpufreq_driver::register_em()。这个回调必须为每个特定的驱动程序正确实现，
0144 因为框架会在设置过程中适时地调用它。本节提供了一个简单的例子，展示CPUFreq驱动
0145 在能量模型框架中使用（假的）“foo”协议注册性能域。该驱动实现了一个est_power()
0146 函数提供给EM框架::
0147
0148 -> drivers/cpufreq/foo_cpufreq.c
0149
0150 01 static int est_power(unsigned long *mW, unsigned long *KHz,
0151 02 struct device *dev)
0152 03 {
0153 04 long freq, power;
0154 05
0155 06 /* 使用“foo”协议设置频率上限 */
0156 07 freq = foo_get_freq_ceil(dev, *KHz);
0157 08 if (freq < 0);
0158 09 return freq;
0159 10
0160 11 /* 估算相关频率下设备的功率成本 */
0161 12 power = foo_estimate_power(dev, freq);
0162 13 if (power < 0);
0163 14 return power;
0164 15
0165 16 /* 将这些值返回给EM框架 */
0166 17 *mW = power;
0167 18 *KHz = freq;
0168 19
0169 20 return 0;
0170 21 }
0171 22
0172 23 static void foo_cpufreq_register_em(struct cpufreq_policy *policy)
0173 24 {
0174 25 struct em_data_callback em_cb = EM_DATA_CB(est_power);
0175 26 struct device *cpu_dev;
0176 27 int nr_opp;
0177 28
0178 29 cpu_dev = get_cpu_device(cpumask_first(policy->cpus));
0179 30
0180 31 /* 查找该策略支持的OPP数量 */
0181 32 nr_opp = foo_get_nr_opp(policy);
0182 33
0183 34 /* 并注册新的性能域 */
0184 35 em_dev_register_perf_domain(cpu_dev, nr_opp, &em_cb, policy->cpus,
0185 36 true);
0186 37 }
0187 38
0188 39 static struct cpufreq_driver foo_cpufreq_driver = {
0189 40 .register_em = foo_cpufreq_register_em,
0190 41 };
