ARM 低功耗架构_arm ppu

ARM 低功耗架构

Linux power and performance management architecture and SCMI

移动设备

SoC上有很多核，ATF和Linux占据了A核，SCP占据了一个M核。当遇到Linux没有权限的事情的时候（eg: 当Linux想要关机或者休眠的时候，这涉及到整个系统电源状态的变化，为了安全性Linux内核没有权利直接执行，需要陷入到EL3等级去执行），需要给SCP打报告，SCP审批后去执行。（异构核间通信）。

ATF代码运行在EL3, 是实现安全相关的软件部分固件，在EL3中处理的程序是BL31。PSCI是工作在non secure EL1（linux内核）/EL2 hypervisor和EL3（bl31）之间的一组电源管理接口，PSCI在EL3实现。

• ATF响应smc发过来的PSCI服务请求，PSCI由BL31处理;
• 实现EL2的虚拟化系统中，EL1使用hvc进入EL2，hypervisor为运行在EL1的Guest/Host OS提供PSCI API调用SPF支持。

虚拟机电源管理的两种类型（左：Type-2，右：Type-1）

A核需要通过SCMI协议上报给SCP，在AP与SCP的核间通信使用SCMI。
走SMC是安全通道，Linux直接和SCP通信是非安全通道

• 用户层：首先用户发起的一些操作，通过用户空间的各service处理，会经过内核提供的sysfs，操作cpu hotplug、device pm、EAS、IPA等。
• 内核层：在linux内核中，EAS通过感知到当前的负载及相应的功耗，经过cpu idle、cpu dvfs及调度选择idle等级、cpu频率及大核或者小核上运行。IPA经过与EAS的交互，做热相关的管理。
• ATF层：Linux kernel中发起的操作，会经过电源状态协调接口PSCI，由操作系统无关的framework（ARM Trusted Firmware，ATF）做相关的处理后，通过系统控制与管理接口（System Control and Management Interface，SCMI），向系统控制处理器（system control processor，SCP）发起低功耗操作。
• SCP层：SCP（系统控制处理器system control processor）最终会控制芯片上的sensor、clock、power domain、及板级的pmic做低功耗相关的处理。

Call flow: 用户进程 --sysfs–> 内核（EAS、IPA）–PSCI–> ATF --SCMI–>SCP --LPI–> 功耗输出器件

服务器

在OS中加入ACPI高级配置和电源接口（X86）
ACPI为兼容的OSPM实现，提供了一组电源管理服务:

1. LPI：Low-Power Idle，不同于C-states，可以兼容ARM的idle状态
2. D-States：设备电源管理
3. CPPC：让OS根据CPU负载情况主动管理CPU的性能
4. Power Meters：功率计接口 (PMI)

PSCI在ATF（EL3/BL31）中实现
ACPI在UEFI（EL2/BL33）中实现

ATF+UEFI的boot过程

CPUidle和hotplug区别：
CPUidle：处于idle状态的cpu，是“suspend”。对调度器来说是可见的，换句话说，调度器并不知道某个CPU是否处于idle状态
cpu hotplug：“off”。负荷较低时，从调度器移除，并将该CPU上的中断等资源迁移到其它CPU上，同时进行必要的负载均衡。

PSCI不包含:

1. 动态电压频率调节DVFS （cpu freq）
2. 外设电源管理（GPU等外设）

PSCI用来与高级配置与电源接口ACPI和设备树FDT等配合使用，并不是要取代ACPI或FDT

PSCI是ARM安全和非安全世界之间的接口，提供了一种发出电源管理请求的方法，在SPF和可信操作系统之间进行通信。为了处理这些请求，SPF（Secure Platform Firmware）必须包含PSCI实现

PSCI在ARM架构不同异常等级上工作的软件之间，提供一个标准的电源管理接口。这些软件，比如Linux、Hypervisor、安全Firmware和可信OS之间必须能够实现互相操作。包括：

1. CPU核的空闲管理（cpu idle）
2. CPU核的动态添加，删除（热插拔hotplug）
3. 辅核引导（在SMP系统中，Linux kernel会在一个CPU(primary CPU)上完成启动操作。primary CPU启动完成后，再启动其它的CPU(secondary CPUs)，这称作secondary CPU boot。）
4. big.LITTLE调度（Cluster迁移，Cpu迁移，全局任务调度）
5. 系统关机，复位，挂起

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SCP 与 SOC PPU

中间层的SCP是由一个M系列的处理器构成的子系统，负责运行固件软件（firmware），向上可与AP通过设定好的接口/协议通信，接收服务请求，向下控制硬件单元，监控传感器，控制时钟和复位，管理电源等等。
有了SCP，就能把一些任务从OSPM中抽离出来，把软件和硬件隔离，增加了灵活性和安全性

PPU（power policy unit）是一个硬件组件，支持SCP通过软件接口编程

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