介紹

CPU dvfs(dynamic voltage frequency scaling)子系統負責cpu運行時，對其頻率及電壓進行調整，以求性能滿足的前提下，cpu的功耗盡可能低。

芯片的CMOS電路的功耗有個計算公式，比較復雜，簡單來說功耗跟電壓平方成正比，跟頻率成正比，因此CPU dvfs在涉及到電壓調整的時候，功耗受益還是很明顯的。但是僅調頻的話，收益是比較小的，因為頻率對應著算力，當頻率減少，對應的算力也減弱，這樣執行時間也會變長。

CPU dvfs framework（也常被稱為cpufreq framework）和其他的linux framework類似。主要解決兩個問題：什么時候調頻調壓，怎么調頻調壓。cpufreq driver提供調頻調壓的機制，cpufreq governor提供不同的策略，cpufreq core對通用的調頻邏輯做抽象，為上層提供功能、接口封裝，對下層調用抽象封裝的硬件控制接口。此外，還借助頻率電壓對opp(operating performance points)功能，clk driver、regulator driver對頻率及電壓做硬件時鐘及電壓的調整。

2.框架

cpufreq core：是cpufreq framework的核心模塊，和kernel其它framework類似，主要實現三類功能

抽象調頻調壓的公共邏輯和接口，主要圍繞struct cpufreq_driver、struct cpufreq_policy和struct cpufreq_governor三個數據結構進行

以sysfs的形式向用戶空間提供統一的接口，以notifier的形式向其它driver提供頻率變化的通知。

提供CPU頻率和電壓控制的驅動框架，方便底層driver的開發；同時，提供governor框架，用于實現不同的頻率調整機制。

cpufreq governor：負責調頻調壓的各種策略，每種governor計算頻率的方式不同，根據提供的頻率范圍和參數(閾值等)，計算合適的頻率。

userspace：用戶通過操作scaling_setspeed文件節點操作頻率及電壓的調整。

ondemand：根據CPU當前的使用率，動態調整cpu的頻率及電壓。Sched通過調用ondemand注冊進來的回調函數來觸發負載的估算，它以一定時間間隔對系統負載進行采樣，按需調整cpu的頻率及電壓，若當前cpu的利用率超過設定的閾值，就會立即調整到最大的頻率。調頻速度快，但是不夠精確。

conservative：類似ondemand，在調頻調節時會平滑一下，以防最大、最小頻率之間來回跳變。調整的時候會以一定步長調整，而不是直接調整到目標值。同時會周期的計算系統負載，用以決定調到什么頻率。

schedutil：通過將自己的調頻策略注冊到hook，在負載發生變化的時候，會調用該hook，此時就可以進行調頻決策或執行調頻動作。前面的調頻策略都是周期采樣計算cpu負載有滯后性，精度也有限，而schedutil可以使用PELT(per entity load tracking)或者WALT(window assist load tracking)準確的計算task的負載。如果支持fast_switch的功能，可以在中斷上下文直接進行調頻。

cpufreq driver：負責平臺相關的調頻調壓機制的實現，基于cpu subsystem driver、OPP、clock driver、regulator driver等模塊，提供對CPU頻率和電壓的控制。

cpufreq stats：負責調頻信息和各頻點運行時間等統計，提供每個cpu的cpufreq有關的統計信息。

3.數據結構

struct cpufreq_policy：linux使用cpufreq policy來抽象cpu設備的調頻調壓功能，用于描述不同的policy，包含頻率表、cpuinfo等各種信息，并且每個policy都會對應某個具體的governor。

struct cpufreq_governor：不同policy的管理策略，根據使用場景的不同，會有不同的調頻調壓策略。

struct cpufreq_driver：用于描述cpufreq的驅動，是驅動工程師最關注的結構。

4.初始化及工作流程

4.1初始化流程

cpufreq_register_driver函數為cpufreqdriver注冊的入口，驅動程序通過調用該函數進行初始化，并傳入相關的struct cpufreq_driver，cpufreq_register_driver會調用subsys_interface_register，最終執行回調函數cpufreq_add_dev。

系統中可以同時存在多個governor，policy通過cpufreq_policy->governor指針和某個governor相關聯。要想一個governor能夠被使用，首先要把該governor注冊到cpufreq framework中。

cpufreq core定義了一個全局鏈表變量：cpufreq_governor_list，注冊函數首先根據governor的名稱，通過__find_governor()函數查找該governor是否已經被注冊過，如果沒有被注冊過，則把代表該governor的結構體添加到cpufreq_governor_list鏈表中。

4.2工作流程

不同的governor的觸發調頻調壓流程不一樣，這里以scheduutil governor為例。

CFS負載變化的時候或者RT、DL任務狀態更新的時候，就會啟動調頻這幾個scheduler類會調用cpufreq_update_util函數（前面注冊進來的hook函數）觸發schedutil工作。每個cpu最終會回調到sugov_upate_shared或者sugov_upate_single函數中的一個。

由于是從scheduler里直接調用下來的，最終執行調頻切換時，無論是快速路徑觸發的簡單寫寄存器，還是慢速路徑觸發的kthread都不會占用過多時間或者調度開銷。

具體的觸發時機如下：

審核編輯：劉清