cpufreq学习笔记
20.11.26 cpufreq driver数据结构
//路径linux5.4/include/linux/cpufreq.h
struct cpufreq_driver {
char name[CPUFREQ_NAME_LEN];
u8 flags;
void *driver_data;
/* needed by all drivers */
int (*init)(struct cpufreq_policy *policy);
int (*verify)(struct cpufreq_policy *policy);
/* define one out of two */
int (*setpolicy)(struct cpufreq_policy *policy);
/*
* On failure, should always restore frequency to policy->restore_freq
* (i.e. old freq).
*/
int (*target)(struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int target_freq,
unsigned int relation); /* Deprecated */
int (*target_index)(struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int index);
unsigned int (*fast_switch)(struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int target_freq);
unsigned int (*resolve_freq)(struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int target_freq);
unsigned int (*get_intermediate)(struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int index);
int (*target_intermediate)(struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int index);
/* should be defined, if possible */
unsigned int (*get)(unsigned int cpu);
/* Called to update policy limits on firmware notifications. */
void (*update_limits)(unsigned int cpu);
/* optional */
int (*bios_limit)(int cpu, unsigned int *limit);
int (*online)(struct cpufreq_policy *policy);
int (*offline)(struct cpufreq_policy *policy);
int (*exit)(struct cpufreq_policy *policy);
void (*stop_cpu)(struct cpufreq_policy *policy);
int (*suspend)(struct cpufreq_policy *policy);
int (*resume)(struct cpufreq_policy *policy);
/* Will be called after the driver is fully initialized */
void (*ready)(struct cpufreq_policy *policy);
struct freq_attr **attr;
/* platform specific boost support code */
bool boost_enabled;
int (*set_boost)(int state);
};
- init回调函数是cpufreq driver的入口，由cpufreq core在CPU device添加之后调用，其主要功能就是初始化policy数据结构（把它想象成cpufreq device数据结构）。它是一个per-CPU初始化函数指针，每当一个新的CPU被注册进系统的时候,该函数就被调用,该函数接受一个cpufreq_policy的指针参数。
- verify回调函数用于对用户的cpufreq策略设置进行有效性验证和数据修正。每当用户设定一个新策略时,该函数根据老的策略和新的策略,检验新策略设置的有效性并对无效设置进行必要的修正。
- setpolicy回调函数对于可以自动调频的CPU，driver需要提供该接口，通过该接口，将调频范围告知CPU。
- target_index回调函数对于不可以自动调频的CPU，该接口用于指定CPU的运行频率。index表示frequency table中的index。driver需要通过index，将频率值取出，通过clock framework提供的API，将CPU的频率设置为对应的值。同时，driver可以调用OPP interface，获取该频率对应的电压值，通过regulator framework提供的API，将CPU的电压设置为对应的值。
- get回调函数用于获取指定cpu的频率值。
- exit回调函数和init相对应，在cpu device在被remove时调用。
- stop_cpu，在cpuv被stop时调用。
- suspend在系统挂起时，在clock和regulator driver被suspend之前，将cpu频率设置为一个确定的值。这一设置也可以通过policy中的suspend_freq设置。
- resume同suspend，在系统恢复后，设置cpu的运行频率。同样也可以通过policy中的restore_freq设置。
（其他的后面慢慢补充）
这些回调函数的入口参数均为cpufreq_policy的结构体指针。cpufreq_policy：
cpufreq_policy数据结构源码
点击链接查看，这个结构体太庞大了。
重点理解cpuinfo、freq_table、governor这几个成员。
cpuinfo是一个cpufreq_cpuinfo类型的数据结构，该数据结构描述了cpu的最大频率、最小频率和频率转换延时（ns），其源码如下代码段所示：
//代码路径 kernel5.4/include/linux/cpufreq.h
struct cpufreq_cpuinfo {
unsigned int max_freq;
unsigned int min_freq;
unsigned int transition_latency;
};
freq_table是一个cpufreq_frequency_table结构体指针，该结构体源码如下代码段所示：
struct cpufreq_frequency_table {
unsigned int flags;
unsigned int driver_data;
unsigned int frequency;
};
governor是一个cpufreq_governor结构体指针，该结构体源码如下代码段所示：
struct cpufreq_governor {
char name[CPUFREQ_NAME_LEN];
int (*init)(struct cpufreq_policy *policy);
void (*exit)(struct cpufreq_policy *policy);
int (*start)(struct cpufreq_policy *policy);
void (*stop)(struct cpufreq_policy *policy);
void (*limits)(struct cpufreq_policy *policy);
ssize_t (*show_setspeed) (struct cpufreq_policy *policy,
char *buf);
int (*store_setspeed) (struct cpufreq_policy *policy,
unsigned int freq);//show和store是用来支持用户空间读取或修改频率值
/* For governors which change frequency dynamically by themselves */
bool dynamic_switching;
struct list_head governor_list;//用于将该governor挂到一个全局的governor链表（cpufreq_governor_list）上
struct module *owner;
};
我们来看一下cpufreq_driver在drivers/cpufreq/cpufreq-dt.c中的应用：
static struct cpufreq_driver dt_cpufreq_driver = {
.flags = CPUFREQ_STICKY | CPUFREQ_NEED_INITIAL_FREQ_CHECK |
CPUFREQ_IS_COOLING_DEV,
.verify = cpufreq_generic_frequency_table_verify,
.target_index = set_target,
.get = cpufreq_generic_get,
.init = cpufreq_init,
.exit = cpufreq_exit,
.online = cpufreq_online,
.offline = cpufreq_offline,
.name = "cpufreq-dt",
.attr = cpufreq_dt_attr,
.suspend = cpufreq_generic_suspend,
};
20.12.01 cpufreq.c源代码学习
1.cpufreq.c中通过core_initcall(cpufreq_core_init)来进行cpufreq core的初始化。
初始化的过程就是添加cpufreq子系统的过程。源代码如下：
//代码路径 kernel5.4/drivers/cpufreq/cpufreq.c
static int __init cpufreq_core_init(void)
{
if (cpufreq_disabled())
return -ENODEV;
cpufreq_global_kobject = kobject_create_and_add("cpufreq", &cpu_subsys.dev_root->kobj);
BUG_ON(!cpufreq_global_kobject);
return 0;
}
其中kobject_create_and_add请参考另一篇博文–>由kobject_create_and_add全面了解kobject
在这里它的入口参数是cpufreq字符串：子系统的名称。第二个参数是cpufreq设备所对应的kobj。
2.下面我们来了解一下cpu_subsys数据结构。在cpu.h中可以看到cpu_subsys的变量声明：
extern struct bus_type cpu_subsys;
可以看出它是一个bus_type类型的数据结构。在device.h中可以看到bus_type的定义：
//代码路径 kernel5.4/include/linux/device.h
struct bus_type {
const char *name;//总线名称
const char *dev_name;//子系统用它来进行设备枚举
struct device *dev_root;//默认设备，作为父设备
const struct attribute_group **bus_groups;//总线属性组
const struct attribute_group **dev_groups;//总线上的设备的属性组
const struct attribute_group **drv_groups;//总线上的驱动的属性组
int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
int (*probe)(struct device *dev);
int (*remove)(struct device *dev);
void (*shutdown)(struct device *dev);
int (*online)(struct device *dev);
int (*offline)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev);
int (*num_vf)(struct device *dev);
int (*dma_configure)(struct device *dev);
const struct dev_pm_ops *pm;
const struct iommu_ops *iommu_ops;
struct subsys_private *p;
struct lock_class_key lock_key;
bool need_parent_lock;
};
注意到dev_root变量是一个指向device类型数据结构的指针。
20.12.01 cpufreq governor的理解
1.cpufreq governor提供调频策略。cpufreq存在两种调频思路：①在[min,max]范围内自动调节；②在[min, max]范围内指定几组OPP，按需选择合适的frequency。
下面是源码文档给出的这两种思路：
Basically, it's the following flow graph:
CPU can be set to switch independently | CPU can only be set
within specific "limits" | to specific frequencies
"CPUfreq policy"
consists of frequency limits (policy->{min,max})
and CPUfreq governor to be used
/ | \
/ | \
/ | the cpufreq governor decides
/ | (dynamically or statically)
/ | what target_freq to set within
/ | the limits of policy->{min,max}
/ | \
/ | \
Using the ->setpolicy call, | Using the ->target/target_index/fast_switch call,
the limits and the | the frequency closest
"policy" is set. | to target_freq is set.
| It is assured that it
| is within policy->{min,max}
2.几种governor介绍
Schedutil
这种governor是为了更好地配合kernel的调度器（scheduler）而生的。通过调度器的PELT（Per-Entity Load Tracking）机制获得负载预估（load estimation），这种机制同时也可以提供最近一次负载信息。这个governor现在只适用于CFS管理的任务（基于DVFS）。这一部分的代码放在kernel/sched/ directory路径下。
Performance
频率越高，性能当然越好。performance就是一种优先考虑性能的governor，它将CPU频率静态地设置为调频范围内的最高频。
Powersave
顾名思义，这种governor是想节省功耗，因此将CPU频率静态地设置为调频范围内的最低频。
Userspace
用户空间可通过scailing_setspeed设置指定的频率 。
Ondemand
顾名思义，按需的。这种governor是根据系统当前负载来调频的。通过调度器的update_util_data->func hook来触发负载预估；当负载预估被触发后，cpufreq检查最后一个时间段的cpu使用率（CPU-usage）来调频，被触发立即反映，比较快速。
Conservertive
类似Ondemand，不过频率调节的会平滑一下，不会忽然调整为最大值，又忽然调整为最小值。