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.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
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.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
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:Original: Documentation/power/energy-model.rst
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:翻译:
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唐艺舟 Tang Yizhou <tangyeechou@gmail.com>
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设备能量模型
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1. 概述
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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
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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。
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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
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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
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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
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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，
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因此能够避免多余的工作。
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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
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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
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Documentation/scheduler/sched-energy.rst。对于一些子系统，比如热能或
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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
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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
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Documentation/driver-api/thermal/power_allocator.rst文档中找到。
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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
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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
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的真实能量消耗是不可能的。
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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
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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::
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+---------------+ +-----------------+ +---------------+
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| Thermal (IPA) | | Scheduler (EAS) | | Other |
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+---------------+ +-----------------+ +---------------+
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| | em_cpu_energy() |
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| | em_cpu_get() |
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+---------+ | +---------+
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v v v
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+---------------------+
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| Energy Model |
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| Framework |
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+---------------------+
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^ ^ ^
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| | | em_dev_register_perf_domain()
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+----------+ | +---------+
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| | |
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+---------------+ +---------------+ +--------------+
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| cpufreq-dt | | arm_scmi | | Other |
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+---------------+ +---------------+ +--------------+
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^ ^ ^
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+--------------+ +---------------+ +--------------+
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| Device Tree | | Firmware | | ? |
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+--------------+ +---------------+ +--------------+
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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
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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
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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。
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2. 核心API
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2.1 配置选项
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必须使能CONFIG_ENERGY_MODEL才能使用EM框架。
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2.2 性能域的注册
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“高级”EM的注册
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“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
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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
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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。
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驱动程序应通过以下API将性能域注册到EM框架中::
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int em_dev_register_perf_domain(struct device *dev, unsigned int nr_states,
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struct em_data_callback *cb, cpumask_t *cpus, bool milliwatts);
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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
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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
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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。
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对于CPU以外的其他设备，最后一个参数必须被设置为NULL。
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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
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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
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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）。
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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
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的更多文档。
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“简单”EM的注册
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“简单”EM是用框架的辅助函数cpufreq_register_em_with_opp()注册的。它实现了
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一个和以下数学公式紧密相关的功率模型::
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Power = C * V^2 * f
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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
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（漏电流功率）很重要时。
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2.3 访问性能域
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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()
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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
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回相同的性能域。
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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
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分配一次能量模型表，它保存在内存中不被修改。
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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
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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。
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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。
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2.4 API的细节描述
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参见 include/linux/energy_model.h 和 kernel/power/energy_model.c 的kernel doc。
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3. 驱动示例
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CPUFreq框架支持专用的回调函数，用于为指定的CPU（们）注册EM：
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cpufreq_driver::register_em()。这个回调必须为每个特定的驱动程序正确实现，
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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
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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()
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函数提供给EM框架::
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-> drivers/cpufreq/foo_cpufreq.c
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01 static int est_power(unsigned long *mW, unsigned long *KHz,
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02 struct device *dev)
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03 {
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04 long freq, power;
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05
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06 /* 使用“foo”协议设置频率上限 */
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07 freq = foo_get_freq_ceil(dev, *KHz);
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08 if (freq < 0);
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09 return freq;
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10
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11 /* 估算相关频率下设备的功率成本 */
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12 power = foo_estimate_power(dev, freq);
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13 if (power < 0);
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14 return power;
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15
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16 /* 将这些值返回给EM框架 */
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17 *mW = power;
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18 *KHz = freq;
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19
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20 return 0;
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21 }
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22
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23 static void foo_cpufreq_register_em(struct cpufreq_policy *policy)
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24 {
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25 struct em_data_callback em_cb = EM_DATA_CB(est_power);
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26 struct device *cpu_dev;
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27 int nr_opp;
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28
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29 cpu_dev = get_cpu_device(cpumask_first(policy->cpus));
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30
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31 /* 查找该策略支持的OPP数量 */
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32 nr_opp = foo_get_nr_opp(policy);
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33
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34 /* 并注册新的性能域 */
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35 em_dev_register_perf_domain(cpu_dev, nr_opp, &em_cb, policy->cpus,
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36 true);
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37 }
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38
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39 static struct cpufreq_driver foo_cpufreq_driver = {
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40 .register_em = foo_cpufreq_register_em,
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41 };
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