功耗优化注意事项

Qualcomm^® Linux 提供多个电源管理子系统: CPUIdle、运行时 PM、热限频、系统挂起、稳压器和时钟, 必须协同配置这些子系统,才能在 ARM64 平台上实现最优功耗。本页介绍每个子系统及其关键配置和运行时控制。

CPUIdle 状态与调速器

CPUIdle 在 CPU 没有可运行任务时管理空闲状态的选择。在 Qualcomm 平台上,空闲状态在设备树中定义,并通过 PSCI(电源状态协调接口)固件传递给 Linux。

空闲状态层级

Qualcomm ARM64 SoC 通常为每个 CPU 提供三个由 PSCI 支持的空闲状态: 表:典型的 Qualcomm PSCI 空闲状态

状态	PSCI 状态 ID	目标驻留时间	说明
WFI(C1)	`0x00000000`	约 1 µs	CPU 时钟门控;缓存保留。进入和退出速度最快。
核心断电(C2)	`0x00000003`	约 100 µs	CPU 断电;L1/L2 缓存被刷新。状态保留在 DDR 中。
簇电源塌陷(C3)	`0x00000F03`	约 1–3 ms	整个簇断电;L3 可能被刷新。

确切的 PSCI 状态标识符和驻留时间值在 SoC DTSI 中每个 CPU 节点下定义。可如下查看:

cat /proc/device-tree/cpus/cpu@*/idle-states/*/entry-latency-us
cat /proc/device-tree/cpus/cpu@*/idle-states/*/min-residency-us

在运行时检查空闲状态

# List all idle states for cpu0
ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/

# Per-state details
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state0/name
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state0/latency    # exit latency µs
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state0/residency  # target residency µs
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state0/usage      # entry count
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state0/time       # total time µs

# Disable deep idle on cpu0 for latency debugging
echo 1 > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state2/disable

CPUIdle 调速器

表:CPUIdle 调速器

调速器	行为
`menu`	无时钟滴答(tickless)系统的默认调速器。利用历史空闲时长模式和下一个定时器事件来预测驻留时间。适用于通用工作负载。
`TEO`	面向定时器事件(Timer Events Oriented)。基于距下一个定时器事件的时间来选择空闲状态,忽略模式历史。对于唤醒模式不规律的工作负载,延迟更低。

# Check current governor
cat /sys/devices/system/cpu/cpuidle/current_governor

# Switch to TEO
echo teo > /sys/devices/system/cpu/cpuidle/current_governor

PM QoS 延迟约束

驱动和用户空间可以通过注册延迟约束来阻止 CPU 进入深度空闲状态。通过 sysfs 设置每 CPU 约束:

# Limit cpu4 to states with exit latency under 200 µs
echo 200 > /sys/devices/system/cpu/cpu4/power/pm_qos_resume_latency_us

# Remove constraint
echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpu4/power/pm_qos_resume_latency_us

所需的 Kconfig:

CONFIG_CPU_IDLE=y
CONFIG_CPU_IDLE_GOV_MENU=y
CONFIG_CPU_IDLE_GOV_TEO=y
CONFIG_ARM_PSCI_CPUIDLE=y

外设的运行时 PM

运行时 PM 允许各个外设设备在系统运行时进入低功耗状态。在 Qualcomm SoC 上,电源域由 RPMh 硬件资源管理器通过 qcom-rpmhpd 驱动进行管理。

在驱动中启用运行时 PM

/* In probe() */
pm_runtime_enable(&pdev->dev);
pm_runtime_set_active(&pdev->dev);

/* When the device becomes idle */
pm_runtime_put_autosuspend(&pdev->dev);

/* When the device is needed again */
ret = pm_runtime_get_sync(&pdev->dev);

设置自动挂起延迟以防止快速的电源循环:

pm_runtime_set_autosuspend_delay(&pdev->dev, 50);  /* 50 ms */
pm_runtime_use_autosuspend(&pdev->dev);

监控运行时 PM 状态

# Runtime PM status for all platform devices
grep -r "" /sys/bus/platform/devices/*/power/runtime_status 2>/dev/null

# Detailed stats for a specific device
cat /sys/bus/platform/devices/<device>/power/runtime_status
cat /sys/bus/platform/devices/<device>/power/runtime_active_time
cat /sys/bus/platform/devices/<device>/power/runtime_suspended_time

替换以下内容:

将 <device> 替换为 /sys/bus/platform/devices/ 中的平台设备名称。

Qualcomm 电源域

RPMh 电源域由 qcom-rpmhpd 驱动注册。检查已注册的电源域:

ls /sys/kernel/debug/pm_genpd/
cat /sys/kernel/debug/pm_genpd/summary

所需的 Kconfig:

CONFIG_PM=y
CONFIG_PM_GENERIC_DOMAINS=y
CONFIG_QCOM_RPMHPD=y

热限频

Linux 热管理框架监控温度传感器,并在越过触发点(trip point)时采取冷却措施。Qualcomm SoC 通过 TSENS(温度传感器)硬件暴露热区(thermal zone),冷却设备则以 CPU 频率上限和 CPU 热插拔的形式实现。

检查热区

# Current temperature for all zones (millidegrees Celsius)
cat /sys/class/thermal/thermal_zone*/temp

# Zone type identifies the physical sensor
cat /sys/class/thermal/thermal_zone*/type

# Trip point temperatures and types for zone 0
cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/trip_point_0_temp
cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/trip_point_0_type

# Active cooling device states
cat /sys/class/thermal/cooling_device*/cur_state
cat /sys/class/thermal/cooling_device*/max_state

热管理调速器

表:热管理调速器

调速器	行为
`step_wise`	增量冷却:每个轮询周期逐步增加一级冷却。
`power_allocator`	使用智能功率分配器(IPA)功率模型。在有能耗模型可用时,推荐用于 Qualcomm SoC。
`bang_bang`	基于触发点迟滞的二元开/关冷却。

# Check current governor per zone
cat /sys/class/thermal/thermal_zone*/policy

# Switch to power_allocator
echo power_allocator > /sys/class/thermal/thermal_zone0/policy

所需的 Kconfig:

CONFIG_THERMAL=y
CONFIG_THERMAL_GOV_STEP_WISE=y
CONFIG_THERMAL_GOV_POWER_ALLOCATOR=y
CONFIG_CPU_THERMAL=y
CONFIG_QCOM_TSENS=y

系统挂起(S2RAM)

系统挂起会关闭大部分 SoC 子系统的电源,同时让 DRAM 保持自刷新状态。在 Qualcomm 平台上,挂起路径在 EL3 发出 PSCI SYSTEM_SUSPEND 调用,RPMh 硬件时序器按依赖顺序关闭电压轨。

触发并验证挂起

# Check supported sleep states
cat /sys/power/state

# Trigger suspend to RAM
echo mem > /sys/power/state

识别挂起阻碍者

处于活动状态的唤醒源会阻止系统挂起。识别它们:

# Show all active wakeup sources
cat /sys/kernel/debug/wakeup_sources | awk '$4 > 0'

# Show which wakeup source caused the last resume
cat /sys/power/pm_wakeup_irq
dmesg | grep -i "wakeup\|wake irq"

调试挂起失败

启用按设备的挂起和恢复跟踪:

echo 1 > /sys/kernel/debug/pm_debug/suspend_stats
cat /sys/kernel/debug/suspend_stats

所需的 Kconfig:

CONFIG_SUSPEND=y
CONFIG_PM_SLEEP=y
CONFIG_PM_DEBUG=y
CONFIG_PM_SLEEP_DEBUG=y

稳压器与时钟管理

减少不必要的常开稳压器和未使用的时钟消费者,可以显著降低静态功耗。

稳压器状态

检查所有稳压器及其使能状态:

cat /sys/kernel/debug/regulator/regulator_summary

从可选外设(例如并非所有单板都配备的 MIPI-CSI 传感器)的 DT 绑定中移除 regulator-always-on,以允许运行时电源门控。仅对关键电压轨保留该属性:

vreg_s1a: smps1 {
    regulator-name           = "vreg_s1a";
    regulator-min-microvolt  = <1800000>;
    regulator-max-microvolt  = <1800000>;
    regulator-always-on;   /* retain only for critical rails */
    regulator-boot-on;
};

时钟树

Qualcomm 时钟控制器(GCC、CAMCC、DISPCC 等)由 clk-qcom 驱动系列管理。检查已启用的时钟:

# Full clock tree with enable counts and rates
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary

# Find leaf clocks that are enabled but have no enabled children
grep "enabled.*0$" /sys/kernel/debug/clk/clk_summary

在驱动中使用 devm_clk_get_enabled()(自内核 v5.20 起可用)来获取、启用时钟,并在设备解绑或运行时挂起时自动释放:

struct clk *clk = devm_clk_get_enabled(&pdev->dev, "core");
if (IS_ERR(clk))
    return PTR_ERR(clk);

功耗分析工具

powertop

powertop 识别功耗大户,报告空闲状态驻留情况,并显示每个进程的唤醒事件速率:

# Interactive mode
powertop

# Generate an HTML report
powertop --html=/tmp/power_report.html --time=30

# Apply auto-tune suggestions
powertop --auto-tune

需要关注的关键指标:

C 状态驻留:系统空闲时,深度空闲状态(C2/C3)的驻留时间占比应超过 80%。
每秒唤醒次数(Wakeups/s):任何单一来源每秒超过 50 次唤醒都值得调查。

pm_debug debugfs

# Suspend and resume statistics
cat /sys/kernel/debug/suspend_stats

# Wakeup sources with timing
cat /sys/kernel/debug/wakeup_sources

# RPMh command history
cat /sys/kernel/debug/qcom_rpmh/*/db

# Power domain summary
cat /sys/kernel/debug/pm_genpd/summary

# Regulator summary
cat /sys/kernel/debug/regulator/regulator_summary

# Clock tree
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary

使用 ftrace 进行 cpuidle 跟踪

echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/power/cpu_idle/enable
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
sleep 10
echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace | grep cpu_idle | head -50

简介

架构

关键文档

技术

系统

发行说明

CPUIdle 状态与调速器

空闲状态层级

在运行时检查空闲状态

CPUIdle 调速器

PM QoS 延迟约束

外设的运行时 PM

在驱动中启用运行时 PM

监控运行时 PM 状态

Qualcomm 电源域

热限频

检查热区

热管理调速器

系统挂起(S2RAM)

触发并验证挂起

识别挂起阻碍者

调试挂起失败

稳压器与时钟管理

稳压器状态

时钟树

功耗分析工具

powertop

pm_debug debugfs

使用 ftrace 进行 cpuidle 跟踪

​CPUIdle 状态与调速器

​空闲状态层级

​在运行时检查空闲状态

​CPUIdle 调速器

​PM QoS 延迟约束

​外设的运行时 PM

​在驱动中启用运行时 PM

​监控运行时 PM 状态

​Qualcomm 电源域

​热限频

​检查热区

​热管理调速器

​系统挂起(S2RAM)

​触发并验证挂起

​识别挂起阻碍者

​调试挂起失败

​稳压器与时钟管理

​稳压器状态

​时钟树

​功耗分析工具

​powertop

​pm_debug debugfs

​使用 ftrace 进行 cpuidle 跟踪

CPUIdle 状态与调速器

空闲状态层级

在运行时检查空闲状态

CPUIdle 调速器

PM QoS 延迟约束

外设的运行时 PM

在驱动中启用运行时 PM

监控运行时 PM 状态

Qualcomm 电源域

热限频

检查热区

热管理调速器

系统挂起(S2RAM)

触发并验证挂起

识别挂起阻碍者

调试挂起失败

稳压器与时钟管理

稳压器状态

时钟树

功耗分析工具

powertop

pm_debug debugfs

使用 ftrace 进行 cpuidle 跟踪