本文为学习笔记，原文：https://mp.weixin.qq.com/s/6GFHt6JY1eyz85k6xZtCVA

1.前言

在这个世界中，任何系统的运转都需要能量。如树木依靠光能生长，如马儿依靠食物奔跑，如计算机系统依靠电能运行。而能量的获取是有成本的，因此如果能在保证系统运转的基础上，尽量节省对能量的消耗，就会大大提升该系统的生存竞争力。这方面，大自然已经做得很好了，如植物的落叶，如动物的冬眠，等等。而在计算机的世界里（这里以运行Linux OS的嵌入式系统为例），称作电源管理（Power Management）。

通俗的讲，电源管理就是：“想让马儿跑，不想马吃草”。不过，从能量守恒的角度，想让马儿跑多快、跑多久，就一定要让它吃相应数量的草。那么我们就退而求其次：“只在需要马儿跑时，才让它吃草”。这就是电源管理的核心思想。那方法呢？可以这样：

方法1：不需要马儿跑时，把它杀掉，这样就不吃草了。需要马儿跑时，再养一匹。

在现实世界中，除了傻瓜，应该没人使用这种方法。因为重新养一匹马需要时间----我哪里等得及，需要草----有可能比养一匹闲马需要的更多。

方法2：不需要马儿跑时，让它睡觉，不能睁眼，不能动，不能叫。

先不讲马儿是否愿意一直睡觉，这种方法只能减少马儿吃草的数量，因为它的心脏还在跳动、血液还在流通，这些也消耗能量。不过还好，需要马儿跑时，应该不需要等太久了。

方法3：不是说心脏跳动、血液流通也消耗能量吗？那把这些也停下来好了，能省多少是多少嘛。

确实是好方法，不多得先去问问兽医，能不能搞定。不过以现在的医学水平，估计实现不了啊。

在计算机世界中，上面的方法是再平常不过的了，而且控制的远比这些精细。因为计算机是人类设计出来的，而马儿却是经上帝之手。不过通过马儿的例子，我们可以总结出电源管理的基本行为：

a, 实时的关闭暂时不使用的部分（可称作“工作状态到非工作状态的转移”）。例如手机在口袋时，屏幕没必要亮。

b, 当需要重新使用那些已关闭部分时（可称作“非工作状态到工作状态的转移”），不能有太长时间的等待，且转移过程不能消耗太多的能量。上面的方法1就是一个反面教材，但在计算机的世界里，情况会好很多。

2.Linux电源管理的组成

电源管理（Power Management）在Linux Kernel中，是一个比较庞大的子系统，涉及到供电（Power Supply）、充电（Charger）、时钟（Clock）、频率（Frequency）、电压（Voltage）、睡眠/唤醒（Suspend/Resume）等方方面面（如下图），待会在Linux电源管理系列文章中，对它们一一讲述。

注1：该图片只是一个示意图，并没有划分软件层次，因此模块之间的关系不一定是真正的关系。

在对图片中的这些组件（也可以称作Framework）进行详细描述之前，先在这里了解一下基本概念。

注2：Framework是一个中间层的软件，提供软件开发的框架。其目有三：

一是屏蔽具体的实现细节，固定对上的接口，这样可以方便上层软件的开发和维护；二是尽可能抽象公共逻辑，并在Framework内实现，以提高重用性、减少开发量；三是向下层提供一系列的回调函数（callback function），下层软件可能面对差别较大的现实，但只要填充这些回调函数，即可完成所有逻辑，减小了开发的难度。

电源管理框架	功能描述	应用场景
Power Supply	是一个供用户空间程序监控系统的供电状态（电池供电、USB供电、AC供电等等）的class。通俗的讲，它是一个Battery&Charger驱动的Framework	电池电量显示、充电状态管理。
Clock Framework	管理系统时钟资源，控制时钟的开启/关闭/频率调整。	CPU/GPU/外设时钟管理。
Regulator Framework	Voltage/Current Regulator驱动的Framework，调节电压和电流（如 CPU/GPU 供电），优化功耗。	动态电压调节（DVS）、低功耗模式。
Dynamic Tick/Clock Event	在传统的Linux Kernel中，系统Tick是固定周期（如10ms）的，因此每隔一个Tick，就会产生一个Timer中断。这会唤醒处于Idle或者Sleep状态的CPU，而很多时候这种唤醒是没有意义的。因此新的Kernel就提出了Dynamic Tick的概念，Tick不再是周期性的，而是根据系统中定时器的情况，不规律的产生，这样可以减少很多无用的Timer中断	降低空闲状态下的 CPU 功耗。
CPU Idle	控制 CPU 空闲状态（C-states），进入低功耗模式。	系统空闲时降低 CPU 功耗。
Generic PM	传统电源管理，如关机（Power Off）、挂起到 RAM（Suspend-to-RAM）、Suspend to Disk、休眠（Hibernate）。	系统睡眠/唤醒管理。
Runtime PM & Wakelock	运行时的Power Management，不再需要用户程序的干涉，由Kernel统一调度，实时的关闭或打开设备，以便在使用性能和省电性能之间找到最佳的平衡 注3：Runtime PM是Linux Kernel亲生的运行时电源管理机制，Wakelock是由Android提出的机制。这两种机制的目的是一样的，因此只需要支持一种即可。另外，由于Wakelock机制路子太野了，饱受Linux社区的鄙视，因此我们不会对该机制进行太多的描述。	动态设备电源管理（Wi-Fi、传感器等）。
CPU Freq/Device Freq	调整 CPU 和设备（如 GPU）的工作频率（DVFS）。	按负载调节性能与功耗（如 ondemand 、 powersave 调控器）。
OPP (Operating Performance Point)	是指可以使SOCs或者Devices正常工作的电压和频率组合。内核提供这一个Layer，是为了在众多的电压和频率组合中，筛选出一些相对固定的组合，从而使事情变得更为简单一些	动态调整 CPU/GPU 电压频率。
PM QOS (Quality of Service)	所谓的PM QOS，是指系统在指定的运行状态下（不同电压、频率，不同模式之间切换，等等）的工作质量，包括latency、timeout、throughput三个参数，单位分别为us、us和kb/s。通过QOS参数，可以分析、改善系统的性能	优化实时任务（如音频播放）的响应能力。

3.  Kernel中电源管理相关的Source code汇整

使用的Linux 3.10.29版本的内核中，电源管理有关的Source code分别位于：

kernel/power/ *drivers/power/drivers/base/power/*drivers/cpuidle/*drivers/cpufreq/*drivers/devfreq/*include/linux/power_supply.hinclude/linux/cpuidle.hinclude/linux/cpufreq.hinclude/linux/cpu_pm.hinclude/linux/device.hinclude/linux/pm.hinclude/linux/pm domain.hinclude/linux/pm runtime.hinclude/linux/pm wakeup.hinclude/linux/suspend.hDocumentation/power/*.txt