1.3 低功耗系統的架構設計

單獨對于一款芯片，無論是哪家廠商，低功耗設計都要分為電路設計和系統軟件設計兩部分。本書不涉及電路級的設計（可單獨參考《低功耗設計詳解》這本書），僅做系統軟件的設計與實現。在系統軟件設計中，如果系統比較復雜，則需要一個低功耗主控核來負責對各個子系統進行低功耗的控制。功耗控制分層結構如圖1-2所示。

如圖1-2所示，自底向上，每個上級系統負責對其子系統進行上下電控制，因為任何一個子系統都沒有辦法自己對自己進行上下電。比如低功耗主控核（通常為LPMCU），負責其控制芯片平臺上的所有其他子系統的上下電控制（比如應用處理器、基帶處理器、HIFI等），而每個二級子系統又負責其自身的三級子系統的上下電控制。

對于每一個子系統，通用的低功耗軟件棧如圖1-3所示（參考Linux軟件棧），低功耗相關框架實現主要集中在操作系統（OS）層。

其中各個模塊的功能如下。

? wakeup source：該模塊為系統中其他模塊或應用提供睡眠鎖功能，當允許系統睡眠時，釋放自己持有的睡眠鎖，否則保持持有。

? autosleep：系統進入睡眠的入口，當系統沒有任何組件持有睡眠鎖時，會觸發autosleep的工作隊列進入睡眠流程中。

? PM Core：系統睡眠主流程，負責對低功耗各個組成模塊的調用，并最終使系統進入睡眠狀態，喚醒流程為睡眠流程的逆流程，都在PM Core中實現。

? PM notifier：低功耗模塊基于notifier封裝的通知鏈，用于通知對suspend/resume（睡眠/喚醒）流程敏感的模塊，但模塊需要注冊到PM notifier中才能被通知到。

? DPM：設備電源管理（Device Power Management），即內核提供給各個設備注冊低功耗處理的機制，睡眠和喚醒流程都有4個優先級的回調函數供設備注冊，供PM Core在睡眠和喚醒流程中調用。

? syscore：與DPM不同，syscore工作在鎖中斷的環境中，只提供一個級別的回調函數，且與設備注冊DPM的機制一樣，也需要在該階段做低功耗處理的模塊注冊，供PM Core在睡眠和喚醒流程中調用。

? PSCI：電源狀態協調接口（Power State Coordination Interface），聚焦安全和非安全世界電源管理的交互，它提供處理電源管理請求的一些方法，包括CPU_ON、CPU_OFF等，是Linux內核中一個比較大的特性，在第16章中會做詳細介紹。

? ATF：ARM Trusted Firmware，與PSCI配合使用，支撐安全世界的低功耗操作（此功能僅為ATF功能之一），更多的介紹會在第17章中展開。

? Runtime PM：運行時電源管理。對于某些模塊或者功能，因為其隔離性比較好，比如單獨供電或者單獨供時鐘，我們無須等到系統睡眠時關掉，在系統運行時也可以動態做關閉和打開動作，Runtime PM就為這類模塊提供了一套處理機制。

? CLK：負責對時鐘的管理，支持對特定模塊時鐘的開關操作。

? regulator：負責對供電的管理，支持對特定模塊供電的開關操作。

? thermal：負責對溫度的控制，當對應設備的溫度升高時，做相應的降壓、降頻、開風扇、復位等動作。

? DVFS：動態電壓頻率調整（Dynamic Voltage and Frequency Scaling），動態技術是根據芯片所運行的應用程序對計算能力的不同需要，動態調節芯片的運行頻率和電壓（對于同一枚芯片，運行頻率越高，它需要的電壓越高），從而達到節能的目的。

? AVS：自適應電壓縮放（Adaptive Voltage Scaling），目的是通過調節芯片整體或者部分電源域的電源電壓來降低功耗。AVS可以更精確地在一定范圍內自由調節電壓值。

? Hotplug：支持對CPU的動態插拔，當系統負載比較小時，可以把功耗大的CPU動態拔除來達到節省功耗的目的，當負載超過一定閾值時可以動態地把CPU再加入系統調度中。

? CPUIdle：當系統不滿足睡眠條件，同時又無任務可調度時，系統會進入CPUIdle狀態（通常最終會進入wfi狀態），從而在一定程度上達到節省功耗的目的。

在后文中，我們會分別對涉及模塊的設計與實現進行詳細介紹。