1. 前言
在這個世界中，任何系統的運轉都需要能量。如樹木依靠光能生長，如馬兒依靠食物奔跑，如計算機系統依靠電能運行。而能量的獲取是有成本的，因此如果能在保證系統運轉的基礎上，儘量節省對能量的消耗，就會大大提升該系統的生存競爭力。這方面，大自然已經做的很好了，如植物的落葉，如動物的冬眠Hibernate，等等。而在計算機的世界裏（這裏以運行Linux OS的嵌入式系統爲例），稱作電源管理（Power Management）。
通俗的講，電源管理就是：“想讓馬兒跑，不想馬吃草”。不過，從能量守恆的角度，想讓馬兒跑多快、跑多久，就一定要讓它吃相應數量的草。那麼我們就退而求其次：“只在需要馬兒跑時，才讓它吃草”。這就是電源管理的核心思想。那方法呢？可以這樣：
- 方法1：不需要馬兒跑時，把它殺掉，這樣就不吃草了。需要馬兒跑時，再養一匹。
在現實世界中，除了傻瓜，應該沒人使用這種方法。因爲重新養一匹馬需要時間----我哪裏等得及，需要草----有可能比養一匹閒馬需要的更多。
- 方法2：不需要馬兒跑時，讓它睡覺，不能睜眼，不能動，不能叫。
先不講馬兒是否願意一直睡覺，這種方法只能減少馬兒吃草的數量，因爲它的心臟還在跳動、血液還在流通，這些也消耗能量。不過還好，需要馬兒跑時，應該不需要等太久了。
- 方法3：不是說心臟跳動、血液流通也消耗能量嗎？那把這些也停下來好了，能省多少是多少嘛。
確實是好方法，不多得先去問問獸醫，能不能搞定。不過以現在的醫學水平，估計實現不了啊。
在計算機世界中，上面的方法是再平常不過的了，而且控制的遠比這些精細。因爲計算機是人類設計出來的，而馬兒卻是經上帝之手。不過通過馬兒的例子，我們可以總結出電源管理的基本行爲：
a, 實時的關閉暫時不使用的部分（可稱作“工作狀態到非工作狀態的轉移”）。例如手機在口袋時，屏幕沒必要亮。
b, 當需要重新使用那些已關閉部分時（可稱作“非工作狀態到工作狀態的轉移”），不能有太長時間的等待，且轉移過程不能消耗太多的能量。上面的方法1就是一個反面教材，但在計算機的世界裏，情況會好很多。
2. Linux電源管理的組成
電源管理（Power Management）在Linux Kernel中，是一個比較龐大的子系統，涉及到供電（Power Supply）、充電（Charger）、時鐘（Clock）、頻率（Frequency）、電壓（Voltage）、睡眠/喚醒（Suspend/Resume）等方方面面（如下圖），蝸蝸會在Linux電源管理系列文章中，對它們一一講述。
注1：該圖片只是一個示意圖，並沒有劃分軟件層次，因此模塊之間的關係不一定是真正的關係。
在對圖片中的這些組件（也可以稱作Framework）進行詳細描述之前，先在這裏瞭解一下基本概念。
注2：Framework是一箇中間層的軟件，提供軟件開發的框架。其目有三：一是屏蔽具體的實現細節，固定對上的接口，這樣可以方便上層軟件的開發和維護；二是儘可能抽象公共邏輯，並在Framework內實現，以提高重用性、減少開發量；三是向下層提供一系列的回調函數（callback function），下層軟件可能面對差別較大的現實，但只要填充這些回調函數，即可完成所有邏輯，減小了開發的難度。
- Power Supply，是一個供用戶空間程序監控系統的供電狀態（電池供電、USB供電、AC供電等等）的class。通俗的講，它是一個Battery&Charger驅動的Framework
- Clock Framework，Clock驅動的Framework，用於統一管理系統的時鐘資源
- Regulator Framework，Voltage/Current Regulator驅動的Framework。該驅動用於調節CPU等模塊的電壓和電流值
- Dynamic Tick/Clock Event，在傳統的Linux Kernel中，系統Tick是固定週期（如10ms）的，因此每隔一個Tick，就會產生一個Timer中斷。這會喚醒處於Idle或者Sleep狀態的CPU，而很多時候這種喚醒是沒有意義的。因此新的Kernel就提出了Dynamic Tick的概念，Tick不再是週期性的，而是根據系統中定時器的情況，不規律的產生，這樣可以減少很多無用的Timer中斷
- CPU Idle，用於控制CPU Idle狀態的Framework
- Generic PM，傳統意義上的Power Management，如Power Off、Suspend to RAM、Suspend to Disk、Hibernate等
- Runtime PM and Wakelock，運行時的Power Management，不再需要用戶程序的干涉，由Kernel統一調度，實時的關閉或打開設備，以便在使用性能和省電性能之間找到最佳的平衡
注3：Runtime PM是Linux Kernel親生的運行時電源管理機制，Wakelock是由Android提出的機制。這兩種機制的目的是一樣的，因此只需要支持一種即可。另外，由於Wakelock機制路子太野了，飽受Linux社區的鄙視，因此我們不會對該機制進行太多的描述。 - CPU Freq/Device Freq，用於實現CPU以及Device頻率調整的Framework
- OPP（Operating Performance Point），是指可以使SOCs或者Devices正常工作的電壓和頻率組合。內核提供這一個Layer，是爲了在衆多的電壓和頻率組合中，篩選出一些相對固定的組合，從而使事情變得更爲簡單一些
- PM QOS，所謂的PM QOS，是指系統在指定的運行狀態下（不同電壓、頻率，不同模式之間切換，等等）的工作質量，包括latency、timeout、throughput三個參數，單位分別爲us、us和kb/s。通過QOS參數，可以分析、改善系統的性能
3. Kernel中電源管理相關的Source code彙整
在蝸蝸使用的Linux 3.10.29版本的內核中，電源管理有關的Source code分別位於：
kernel/power/ *
drivers/power/
drivers/base/power/*
drivers/cpuidle/*
drivers/cpufreq/*
drivers/devfreq/*
include/linux/power_supply.h
include/linux/cpuidle.h
include/linux/cpufreq.h
include/linux/cpu_pm.h
include/linux/device.h
include/linux/pm.h
include/linux/pm domain.h
include/linux/pm runtime.h
include/linux/pm wakeup.h
include/linux/suspend.h
Documentation/power/*.txt
原創文章，轉發請註明出處。蝸窩科技，www.wowotech.net。
