linux devfreq框架

介绍

devfreq: Generic Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) Framework for Non-CPU Devices。
在Linux 里面，CPU调频有cpufreq框架，那么其他模块调频用什么框架呢？比如DDR、DSP、GPU等等，答案是devfreq框架。

这个框架提供了以下功能：

• 提供了一套标准框架，用于任意设备的调频调压功能
  • 提供了几个governor。也可以自定义governor并注册
  • 提供了工作队列机制，用于周期性进行load monitor，并调整频率
• 在用户层提供了sysfs，类似于cpufreq的功能

软件框架

与cpufreq框架类似，

• 对上：devfreq对上提供sysfs节点，供用户空间配置，包括频率范围、调频周期、调频governor
• 内部：维护devfeq、governord等信息、suspend/resume流程、通知机制、load monitor机制等等
• 对下，devfreq实现了统一的接口，包括devfreq注册、governor注册等

几个重要的概念和模块，

• governor
  与cpufreq类似，调频策略的实现，目前有simple_ondemand、powersave、performance、passive等。还可以自己实现更多的governor，并注册到devfreq core。

• devfreq driver
  驱动开发者为了实现DDR、DSP、GPU等设备实现的具体驱动。主要功能是调整频率、获取频率、选择governor等

• devfreq event
  如果可以调频的设备，拥有一套load monitor的机制，比如使能、去使能、设置事件、获取事件，那么可以使用此框架进行注册和管理。

工作流程

sequenceDiagram devfreq_core ->> devfreq_core: subsys_initcall阶段创建文件节点 governors ->> devfreq_core: subsys_initcall阶段注册governor devfeq_driver ->> devfreq_core: 调用devfreq_add_device注册devfreq devfreq_core ->> governors: DEVFREQ_GOV_START启动load monitor任务 governors ->> +devfreq_core: 调用devfreq_monitor_start，启动周期性workqueue任务`devfreq_monitor` loop devfreq_monitor devfreq_core ->> devfreq_core: update_devfreq devfreq_core ->> devfreq_core: devfreq_update_target devfreq_core ->> +governors: get_target_freq获取新的频率 governors ->> devfeq_driver: devfreq_update_stats获取负载相关信息 devfeq_driver ->> +devfeq_event:devfreq_event_get_event devfeq_event ->> -devfeq_driver: 返回负载信息 governors ->> -devfreq_core:返回target频率 devfreq_core ->> devfreq_core: devfreq_get_freq_range综合pm qos结果，返回最大最小频率范围 devfreq_core ->> -devfeq_driver: devfreq_set_target调用驱动回调配置频率profile->target end

文件

文件	作用
drivers/devfreq/devfreq.c	devfreq core功能，sysfs文件节点、devfreq注册、governor注册公共接口、
include/linux/devfreq.h
drivers/devfreq/devfreq-event.c	devfreq event对硬件负载监控单元功能进行了封装，使能、去使能、获取设置事件等功能

主要数据结构

struct devfreq_dev_profile

struct devfreq_dev_profile {
	unsigned long initial_freq;
	unsigned int polling_ms;
	enum devfreq_timer timer;
	bool is_cooling_device;

	int (*target)(struct device *dev, unsigned long *freq, u32 flags);
	int (*get_dev_status)(struct device *dev,
			      struct devfreq_dev_status *stat);
	int (*get_cur_freq)(struct device *dev, unsigned long *freq);
	void (*exit)(struct device *dev);

	unsigned long *freq_table;
	unsigned int max_state;
};

• 作用
  驱动程序需要实现和定义的内容

  • 初始频率
  • 调频周期
  • 修改频率函数
  • 获取频率函数

• 主要字段说明

字段	说明
initial_freq	初始频率
timer	调频使用的定时器timer
target	修改频率函数
get_dev_status	获取设备状态
get_cur_freq	通过硬件获取频率，不是软件保存的当前频率值
exit	可选， 驱动退出时，回调函数

struct devfreq

struct devfreq {
	struct list_head node;

	struct mutex lock;
	struct device dev;
	struct devfreq_dev_profile *profile;
	const struct devfreq_governor *governor;
	struct opp_table *opp_table;
	struct notifier_block nb;
	struct delayed_work work;

	unsigned long *freq_table;
	unsigned int max_state;

	unsigned long previous_freq;
	struct devfreq_dev_status last_status;

	void *data; /* private data for governors */

	struct dev_pm_qos_request user_min_freq_req;
	struct dev_pm_qos_request user_max_freq_req;
	unsigned long scaling_min_freq;
	unsigned long scaling_max_freq;
	bool stop_polling;

	unsigned long suspend_freq;
	unsigned long resume_freq;
	atomic_t suspend_count;

	/* information for device frequency transitions */
	struct devfreq_stats stats;

	struct srcu_notifier_head transition_notifier_list;

	/* Pointer to the cooling device if used for thermal mitigation */
	struct thermal_cooling_device *cdev;

	struct notifier_block nb_min;
	struct notifier_block nb_max;
};

• 作用
  devfreq core维护的各设备的资源集合体。devm_devfreq_add_device添加调频device后返回此资源体。

  • 具体设备的调频驱动
  • 频率电压表opp
  • 调度work

• 重要字段说明

字段	说明
node	devfreq core会把各设备添加个一个大的链表中
profile	此devfreq绑定的调频驱动
governor	此devfreq绑定的调频governor
opp_table	此devfreq使用的opp
work	创建周期的work
previous_freq	上一次的频率
user_min_freq_req	通过sysfs设置的最低频率
user_max_freq_req	通过sysfs设置的最高频率
scaling_min_freq	设备支持的最低频率
scaling_max_freq	设备支持的最高频率
data	governor使用的私有数据，比如simple_ondemand设置的上下阈值。passive需要的parent，获取频率

主要函数

devm_devfreq_add_device

参数1：设备指针
参数2：设备驱动实现的调频功能，主要实现部分
参数3：设备驱动选择的governor
参数4：governor使用的私有数据

struct devfreq *devm_devfreq_add_device(struct device *dev,
					struct devfreq_dev_profile *profile,
					const char *governor_name,
					void *data)

devfreq_add_governor

注册新的governor

int devfreq_add_governor(struct devfreq_governor *governor)

调试

用户节点说明 https://github.com/torvalds/linux/blob/master/Documentation/ABI/testing/sysfs-class-devfreq

/sys/class/devfreq/

available_frequencies: 可用的频率列表
available_governors：可用的governor
cur_freq：当前频率
governor: 当前governor
max_freq：最大频率，综合qos(sysfs配置/其他模块请求)、hardware的结果
min_freq ：最小频率，综合qos(sysfs配置/其他模块请求)、hardware的结果
polling_interval：governor调度的时间间隔，单位是ms
target_freq：目标频率
trans_stat：状态调整表

/sys/kernel/debug/devfreq