1. 前言

Linux電源管理中，相當(dāng)多的部分是在處理Hibernate、Suspend、Runtime PM等功能。而這些功能都基于一套相似的邏輯，即“Power management interface”。該Interface的代碼實(shí)現(xiàn)于“include/linux/pm.h”、“drivers/base/power/main.c”等文件中。主要功能是：對(duì)下，定義Device PM相關(guān)的回調(diào)函數(shù)，讓各個(gè)Driver實(shí)現(xiàn)；對(duì)上，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的PM操作函數(shù)，供PM核心邏輯調(diào)用。

因此在對(duì)Hibernate、Suspend、Runtime PM等功能解析之前，有必要先熟悉一下PM Interface，這就是本文的主要目的。

2. device PM callbacks

在一個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)量最多的是設(shè)備，耗電最多的也是設(shè)備，因此設(shè)備的電源管理是Linux電源管理的核心內(nèi)容。而設(shè)備電源管理最核心的操作就是：在合適的時(shí)機(jī)（如不再使用，如暫停使用），將設(shè)備置為合理的狀態(tài)（如關(guān)閉，如睡眠）。這就是device PM callbacks的目的：定義一套統(tǒng)一的方式，讓設(shè)備在特定的時(shí)機(jī)，步調(diào)一致的進(jìn)入類似的狀態(tài)（可以想象一下軍訓(xùn)時(shí)的“一二一”口令）。

在舊版本的內(nèi)核中，這些PM callbacks分布在設(shè)備模型的大型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，如struct bus_type中的suspend、suspend_late、resume、resume_late，如struct device_driver/struct class/struct device_type中的suspend、resume。很顯然這樣不具備良好的封裝特性，因?yàn)殡S著設(shè)備復(fù)雜度的增加，簡(jiǎn)單的suspend、resume已經(jīng)不能滿足電源管理的需求，就需要擴(kuò)充PM callbacks，就會(huì)不可避免的改動(dòng)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

于是新版本的內(nèi)核，就將這些Callbacks統(tǒng)一封裝為一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)----struct dev_pm_ops，上層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只需要包含這個(gè)結(jié)構(gòu)即可。這樣如果需要增加或者修改PM callbacks，就不用改動(dòng)上層結(jié)構(gòu)了（這就是軟件設(shè)計(jì)中抽象和封裝的生動(dòng)體現(xiàn)，像藝術(shù)一樣優(yōu)雅）。當(dāng)然，內(nèi)核為了兼容舊的設(shè)計(jì)，也保留了上述的suspend/resume類型的callbacks，只是已不建議使用，本文就不再介紹它們了。

相信每一個(gè)熟悉了舊版本內(nèi)核的Linux工程師，看到struct dev_pm_ops時(shí)都會(huì)虎軀一震，這玩意也太復(fù)雜了吧！不信您請(qǐng)看：

1: /* include/linux/pm.h, line 276 in linux-3.10.29 */

2: struct dev_pm_ops {

3: int (*prepare)(struct device *dev);

4: void (*complete)(struct device *dev);

5: int (*suspend)(struct device *dev);

6: int (*resume)(struct device *dev);

7: int (*freeze)(struct device *dev);

8: int (*thaw)(struct device *dev);

9: int (*poweroff)(struct device *dev);

10: int (*restore)(struct device *dev);

11: int (*suspend_late)(struct device *dev);

12: int (*resume_early)(struct device *dev);

13: int (*freeze_late)(struct device *dev);

14: int (*thaw_early)(struct device *dev);

15: int (*poweroff_late)(struct device *dev);

16: int (*restore_early)(struct device *dev);

17: int (*suspend_noirq)(struct device *dev);

18: int (*resume_noirq)(struct device *dev);

19: int (*freeze_noirq)(struct device *dev);

20: int (*thaw_noirq)(struct device *dev);

21: int (*poweroff_noirq)(struct device *dev);

22: int (*restore_noirq)(struct device *dev);

23: int (*runtime_suspend)(struct device *dev);

24: int (*runtime_resume)(struct device *dev);

25: int (*runtime_idle)(struct device *dev);

26: };

從Linux PM Core的角度來說，這些callbacks并不復(fù)雜，因?yàn)镻M Core要做的就是在特定的電源管理階段，調(diào)用相應(yīng)的callbacks，例如在suspend/resume的過程中，PM Core會(huì)依次調(diào)用“prepare—>suspend—>suspend_late—>suspend_noirq-------wakeup--------->resume_noirq—>resume_early—>resume-->complete”。

但由于這些callbacks需要由具體的設(shè)備Driver實(shí)現(xiàn)，這就要求驅(qū)動(dòng)工程師在設(shè)計(jì)每個(gè)Driver時(shí)，清晰的知道這些callbacks的使用場(chǎng)景、是否需要實(shí)現(xiàn)、怎么實(shí)現(xiàn)，這才是struct dev_pm_ops的復(fù)雜之處。

Linux kernel對(duì)struct dev_pm_ops的注釋已經(jīng)非常詳細(xì)了，但要弄清楚每個(gè)callback的使用場(chǎng)景、背后的思考，并不是一件容易的事情。因此蝸蝸不準(zhǔn)備在本文對(duì)它們進(jìn)行過多的解釋，而打算結(jié)合具體的電源管理行為，基于具體的場(chǎng)景，再進(jìn)行解釋。

3. device PM callbacks在設(shè)備模型中的體現(xiàn)

我們?cè)诮榻B“Linux設(shè)備模型”時(shí)，曾多次提及電源管理相關(guān)的內(nèi)容，那時(shí)蝸蝸采取忽略的方式，暫不說明?，F(xiàn)在是時(shí)候回過頭再去看看了。

Linux設(shè)備模型中的很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都會(huì)包含struct dev_pm_ops變量，具體如下：

1: struct bus_type {

2: ...

3: const struct dev_pm_ops *pm;

4: ...

5: };

6:

7: struct device_driver {

8: ...

9: const struct dev_pm_ops *pm;

10: ...

11: };

12:

13: struct class {

14: ...

15: const struct dev_pm_ops *pm;

16: ...

17: };

18:

19: struct device_type {

20: ...

21: const struct dev_pm_ops *pm;

22: };

23:

24: struct device {

25: ...

26: struct dev_pm_info power;

27: struct dev_pm_domain *pm_domain;

28: ...

29: };

bus_type、device_driver、class、device_type等結(jié)構(gòu)中的pm指針，比較容易理解，和舊的suspend/resume callbacks類似。我們重點(diǎn)關(guān)注一下device結(jié)構(gòu)中的power和pm_domain變量。

◆power變量

power是一個(gè)struct dev_pm_info類型的變量，也在“include/linux/pm.h”中定義。從蝸蝸一直工作于的Linux-2.6.23內(nèi)核，到寫這篇文章所用的Linux-3.10.29內(nèi)核，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可是一路發(fā)展壯大，從那時(shí)的只有4個(gè)字段，到現(xiàn)在有40多個(gè)字段，簡(jiǎn)直是想起來什么就放什么?。?/p>

power變量主要保存PM相關(guān)的狀態(tài)，如當(dāng)前的power_state、是否可以被喚醒、是否已經(jīng)prepare完成、是否已經(jīng)suspend完成等等。由于涉及的內(nèi)容非常多，我們?cè)诰唧w使用的時(shí)候，順便說明。

◆pm_domain指針

在當(dāng)前的內(nèi)核中，struct dev_pm_domain結(jié)構(gòu)只包含了一個(gè)struct dev_pm_ops ops。蝸蝸猜測(cè)這是從可擴(kuò)展性方面考慮的，后續(xù)隨著內(nèi)核的進(jìn)化，可能會(huì)在該結(jié)構(gòu)中添加其他內(nèi)容。

所謂的PM Domain（電源域），是針對(duì)“device”來說的。bus_type、device_driver、class、device_type等結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上代表的是設(shè)備驅(qū)動(dòng)，電源管理的操作，由設(shè)備驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)，是理所應(yīng)當(dāng)?shù)摹５趦?nèi)核中，由于各種原因，是允許沒有driver的device存在的，那么怎么處理這些設(shè)備的電源管理呢？就是通過設(shè)備的電源域?qū)崿F(xiàn)的。

4. device PM callbacks的操作函數(shù)

內(nèi)核在定義device PM callbacks數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，為了方便使用該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也定義了大量的操作API，這些API分為兩類。

◆通用的輔助性質(zhì)的API，直接調(diào)用指定設(shè)備所綁定的driver的、pm指針的、相應(yīng)的callback，如下

1: extern int pm_generic_prepare(struct device *dev);

2: extern int pm_generic_suspend_late(struct device *dev);

3: extern int pm_generic_suspend_noirq(struct device *dev);

4: extern int pm_generic_suspend(struct device *dev);

5: extern int pm_generic_resume_early(struct device *dev);

6: extern int pm_generic_resume_noirq(struct device *dev);

7: extern int pm_generic_resume(struct device *dev);

8: extern int pm_generic_freeze_noirq(struct device *dev);

9: extern int pm_generic_freeze_late(struct device *dev);

10: extern int pm_generic_freeze(struct device *dev);

11: extern int pm_generic_thaw_noirq(struct device *dev);

12: extern int pm_generic_thaw_early(struct device *dev);

13: extern int pm_generic_thaw(struct device *dev);

14: extern int pm_generic_restore_noirq(struct device *dev);

15: extern int pm_generic_restore_early(struct device *dev);

16: extern int pm_generic_restore(struct device *dev);

17: extern int pm_generic_poweroff_noirq(struct device *dev);

18: extern int pm_generic_poweroff_late(struct device *dev);

19: extern int pm_generic_poweroff(struct device *dev);

20: extern void pm_generic_complete(struct device *dev);

以pm_generic_prepare為例，就是查看dev->driver->pm->prepare接口是否存在，如果存在，直接調(diào)用并返回結(jié)果。

◆和整體電源管理行為相關(guān)的API，目的是將各個(gè)獨(dú)立的電源管理行為組合起來，組成一個(gè)較為簡(jiǎn)單的功能，如下

1: #ifdef CONFIG_PM_SLEEP

2: extern void device_pm_lock(void);

3: extern void dpm_resume_start(pm_message_t state);

4: extern void dpm_resume_end(pm_message_t state);

5: extern void dpm_resume(pm_message_t state);

6: extern void dpm_complete(pm_message_t state);

7:

8: extern void device_pm_unlock(void);

9: extern int dpm_suspend_end(pm_message_t state);

10: extern int dpm_suspend_start(pm_message_t state);

11: extern int dpm_suspend(pm_message_t state);

12: extern int dpm_prepare(pm_message_t state);

13:

14: extern void __suspend_report_result(const char *function, void *fn, int ret);

15:

16: #define suspend_report_result(fn, ret)

17: do {

18: __suspend_report_result(__func__, fn, ret);

19: } while (0)

20:

21: extern int device_pm_wait_for_dev(struct device *sub, struct device *dev);

22: extern void dpm_for_each_dev(void *data, void (*fn)(struct device *, void *));

這些API的功能和動(dòng)作解析如下。

dpm_prepare，執(zhí)行所有設(shè)備的“->prepare() callback(s)”，內(nèi)部動(dòng)作為：

1）遍歷dpm_list，依次取出掛在該list中的device指針。?
?? 【注1：設(shè)備模型在添加設(shè)備（device_add）時(shí)，會(huì)調(diào)用device_pm_add接口，將該設(shè)備添加到全局鏈表dpm_list中，以方便后續(xù)的遍歷操作?！?/p>

2）調(diào)用內(nèi)部接口device_prepare，執(zhí)行實(shí)際的prepare動(dòng)作。該接口會(huì)返回執(zhí)行的結(jié)果。

3）如果執(zhí)行失敗，打印錯(cuò)誤信息。

4）如果執(zhí)行成功，將dev->power.is_prepared(就是上面我們提到的struct dev_pm_info類型的變量）設(shè)為TRUE，表示設(shè)備已經(jīng)prepared了。同時(shí)，將該設(shè)備添加到dpm_prepared_list中（該鏈表保存了所有已經(jīng)處于prepared狀態(tài)的設(shè)備）。

內(nèi)部接口device_prepare的執(zhí)行動(dòng)作為：

1）根據(jù)dev->power.syscore，斷該設(shè)備是否為syscore設(shè)備。如果是，則直接返回（因?yàn)閟yscore設(shè)備會(huì)單獨(dú)處理）。

2）在prepare時(shí)期，調(diào)用pm_runtime_get_noresume接口，關(guān)閉Runtime suspend功能。以避免由Runtime suspend造成的不能正常喚醒的Issue。該功能會(huì)在complete時(shí)被重新開啟。?
?? 【注2：pm_runtime_get_noresume的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，就是增加該設(shè)備power變量的引用計(jì)數(shù)（dev->power.usage_count），Runtime PM會(huì)根據(jù)該計(jì)數(shù)是否大于零，判斷是否開啟Runtime PM功能?！?/p>

3）調(diào)用device_may_wakeup接口，根據(jù)當(dāng)前設(shè)備是否有wakeup source（dev->power.wakeup）以及是否允許wakeup（dev->power.can_wakeup），判定該設(shè)備是否是一個(gè)wakeup path（記錄在dev->power.wakeup_path中）。?
??? 【注3：設(shè)備的wake up功能，是指系統(tǒng)在低功耗狀態(tài)下（如suspend、hibernate），某些設(shè)備具備喚醒系統(tǒng)的功能。這是電源管理過程的一部分?！?/p>

4）根據(jù)優(yōu)先順序，獲得用于prepare的callback函數(shù)。由于設(shè)備模型有bus、driver、device等多個(gè)層級(jí)，而prepare接口可能由任意一個(gè)層級(jí)實(shí)現(xiàn)。這里的優(yōu)先順序是指，只要優(yōu)先級(jí)高的層級(jí)注冊(cè)了prepare，就會(huì)優(yōu)先使用它，而不會(huì)使用優(yōu)先級(jí)低的prepare。優(yōu)先順序?yàn)椋篸ev->pm_domain->ops、dev->type->pm、dev->class->pm、dev->bus->pm、dev->driver->pm（這個(gè)優(yōu)先順序同樣適用于其它c(diǎn)allbacks）。?

5）如果得到有限的prepare函數(shù)，調(diào)用并返回結(jié)果。?

dpm_suspend，執(zhí)行所有設(shè)備的“->suspend() callback(s)”，其內(nèi)部動(dòng)作和dpm_prepare類似：

1）遍歷dpm_list，依次取出掛在該list中的device指針。?

2）調(diào)用內(nèi)部接口device_suspend，執(zhí)行實(shí)際的prepare動(dòng)作。該接口會(huì)返回執(zhí)行的結(jié)果。

3）如果suspend失敗，將該設(shè)備的信息記錄在一個(gè)struct suspend_stats類型的數(shù)組中，并打印錯(cuò)誤錯(cuò)誤信息。

4）最后將設(shè)備從其它鏈表（如dpm_prepared_list），轉(zhuǎn)移到dpm_suspended_list鏈表中。

內(nèi)部接口device_suspend的動(dòng)作和device_prepare類似，這里不再描述了。

dpm_suspend_start，依次執(zhí)行dpm_prepare和dpm_suspend兩個(gè)動(dòng)作。

dpm_suspend_end，依次執(zhí)行所有設(shè)備的“->suspend_late() callback(s)”以及所有設(shè)備的“->suspend_noirq() callback(s)”。動(dòng)作和上面描述的類似，這里不再說明了。

dpm_resume、dpm_complete、dpm_resume_start、dpm_resume_end，是電源管理過程的喚醒動(dòng)作，和dpm_suspend_xxx系列的接口類似。不再說明了。

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