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當今的複雜SoC由多個子模塊協同工作組成。在執行各種用例的操作系統中，並非SoC中的所有模塊都需要始終保持最高性能。爲方便起見，將SoC中的子模塊分組爲域，從而允許某些域以較低的電壓和頻率運行，而其他域以較高的電壓/頻率對運行。
對於這些設備支持的頻率和電壓對，我們稱之爲OPP（Operating Performance Point）。對於具有OPP功能的非CPU設備，本文稱之爲OPP device，需要通過devfreq進行動態的調頻調壓。
devfreq：Generic Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) Framework for Non-CPU Devices。是由三星電子MyungJoo Ham <[email protected]>，提交到社區。原理和/deivers/cpufreq 非常近似。但是cpufreq驅動並不允許多個設備來註冊，而且也不適合不同的設備具有不同的governor。devfreq則支持多個設備，並且允許每個設備有自己對應的governor。
如下圖，devfreq framework是功耗子系統的一部分，與cpufreq，cpuidle，powermanager相互配合協作，已達到節省系統功耗的目的。
圖1
標準化接口
devfreq framework作爲Linux Kernel一個子系統，需要爲user space和其他子系統提供接口，已完成功能交互。本章從Kernel空間和user空間的角度，介紹devfreq framework的相關接口。
1. Kernel空間數據結構和接口
1) devfreq profile結構體，是OPP device註冊到devfreq framework的數據結構，主要包含OPP設備的頻率相關信息和相關的回調函數，是devfreq framework和OPP device driver的交互接口。
類似設備驅動模型，將OPP device driver對devfreq使用，簡化爲devfreq profile結構體的填充。大大簡化了開發複雜度，減少了重複的工作。
下面對devfreq_dev_profile的主要屬性進一步的介紹。
2) devfreq governor結構體，是governor註冊到devfreq framework的數據結構，主要包含governor的相關屬性和具體的函數實現。是devfreq framework和governor交互接口。
下面對devfreq_governor 的主要屬性進一步的介紹。
3) devfreq設備結構體，這個是devfreq設備的核心數據結構。將上述的OPP device driver的devfreq_dev_profile和governor的devfreq_governor連接到一起，並通過設備驅動模型中device類，爲user 空間提供接口。
下面對devfreq的主要屬性進一步的介紹。
2. 用戶空間文件節點
devfreq framework不僅爲Kernel空間的設備驅動提供了標準化接口，也爲user空間提供了標準化的文件節點，方便user空間的程序，更好的監控和修改。
相關文件節點介紹：kernel/Documentation/ABI/testing/sysfs-class-devfreq。
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available_frequencies: 可用的頻率列表
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available_governors：可用的governor
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cur_freq：當前頻率
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governor: 當前governor
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max_freq：最大頻率
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min_freq ：最小頻率
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polling_interval：governor調度的時間間隔，單位是ms
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target_freq：目標頻率
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trans_stat：狀態調整表
代碼實現：kernel/drivers/devfreq/devfreq.c
工作流程
本章節主要介紹devfreq framework在系統中的工作流程，從初始化，頻率調整，退出機制幾個方便介紹devfreq framework的運行機制和函數調用邏輯。
1. 初始化
初始化，主要包括devfreq framework，governor的初始化和OPP device創建devfreq設備的流程。如圖2所示。下面的章節，將對各個初始化過程，進行更進一步的介紹。
圖2
1) Devfreq framework初始化，邏輯非常簡單清晰，主要完成以下的任務，然後爲governor的初始化和OPP device 創建devfreq device做好準備。
代碼實現：kernel/drivers/devfreq/
a.創建devfreq設備類
b.創建工作隊列，用於負載監控work調用運行
c.加入到subsys_initcall，系統啓動時初始化
2) governors 初始化
系統中可支持多個governors，在系統啓動時進行初始化，並註冊到devfreq framework中， 後續OPP device創建devfreq設備，會根據governor名字從已經初始化好的governor 列表中，查找對應的governor實例。
a.填充governor的結構體，不同的governor，會有不同的實現。
b.將governor加入到devfreq framework的governor列表中。
c.加入到subsys_initcall，系統啓動時初始化。
目前系統默認支持下面：
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simple_ondemand：按需調整模式；根據系統負載動態頻率，平衡性能和功耗
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Performance：性能優先模式，調整到最大頻率
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Powersave：功耗優先模式，調整到最小頻率
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Userspace：用戶指定模式，調整到用戶設置的頻率.
-
Passive：被動模式，使用設備指定方法做調整或跟隨父devfreq設備的governor
可以根據自己的設備特性，通過填充devfreq_governor結構體和實現get_target_freq方法和event_handler，完成的自己的governor。devfreq framework的架構設計對governor擴展，支持極好。
3) OPP device通過devfreq framework創建devfreq device。
以UFS設備爲例，介紹OPP device用devfreq framework來添加devfreq設備的過程。
代碼位置：kernel/drivers/scsi/ufs/ufshcd.c
① OPP device driver通過devfreq framework創建devfreq設備。
a.將ufs設備的core clk的添加到opp子系統中，devfreq_add_device函數中，會從opp子系統中獲取clk信息。
b.將OPP device相關頻率信息和回調函數，並填充devfreq profile數據結構。
c.調用devfreq_add_device函數，將devfreq profile數據結構，governor名字，添加到devfreq framework。
②devfreq_add_device 創建devfreq設備的流程如下：
a. devfreq device申請內存空間 初始化devfreq device結構體後，註冊設備。
b. 根據傳入的governor名字，從governor列表中，獲取對應的governor實例。
c.發送DEVFREQ_GOV_START到governor，開始管理OPP device的頻率。
2.頻率調整過程
圖3
如圖3所示，頻率調整過程中，分工非常明確，devfreq framework是大管家負責監控程序的運行，governor提供管理算法，OPP device提供自身的負載狀態和頻率設置的方法實現。
系統中有不同的governor，而且不同的governor有不同的管理算法，但是頻率調整過程是一樣的。本小節，以simple_ondemand governor爲例，講述governor的管理過程。
1)governor的event_handler收到 DEVFREQ_GOV_START事件，調用對應的函數，調度工作隊列，運行負載監控程序。
2)負載監控程序。
a.調用governor的get_target_freq方法，獲取下一次的調頻結果。
b.調用OPP device註冊到devfreq framework 的target函數，設置新的頻率信息。
c.調度延遲工作隊列，延遲OPP device 設置的輪詢間隔後，再次運行。
3)governor的get_target_freq方法，調用opp device註冊到devfreq framework的回調函數，獲取當前device負載信息，根據算法，返回調整頻率。
3. 刪除devfreq設備
1)直接調用device_unregister函數註銷devfreq設備。
2)device_unregister註銷過程中會調用devfreq_dev_release函數，完成下面的事務。
a.發送DEVFREQ_GOV_STOP event，governor停止運行；
b.回調OPP device註冊到devfreq framework的exit函數；
c.釋放devfreq device申請的資源。
架構設計
devfreq framework將多種OPP device和多種governor進行抽象，對OPP device提供了統一的接口，來滿足其對devfreq的需求。對governor提供統一的實現格式，爲後續擴展不同governor，提供很好的架構支持。是一個典型的子系統實現模式。爲後續在我們自己做子系統架構設計，提供了一個很好的參考。
綜述
本文從需求背景、接口、數據結構、工作流程和架構設計幾個維度，介紹Linux Kernel的devfreq framework 子系統。希望能對大家的工作學習有所幫助。因個人能力所限，如有錯誤，歡迎大家斧正。
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