cpufreq概述【转】

linux cpufreq

cpufreq概述

cpufreq的核心功能，是通过调整CPU的电压和频率，兼顾系统的性能和功耗。在不需要高性能时，降低电压和频率，以降低功耗；在需要高性能时，提高电压和频率，以提高性能。

cpufreq软件框架

对下，cpufreq基于clock、regulator、pmu等模块实现频率和电压的控制。
对上，cpufreq通过cpufreq core、cpufreq governor、cpufreq stats等模块以sysfs的形式向用户空间提供频率的查询、控制等接口。
内部，cpufreq内部分为core、governor、drivers等模块。

cpufreq调频策略

Performance

性能优先，CPU固定工作在其支持的最高频率。

Powersave

功耗优先，CPU固定工作在其支持的最低频率。

Userspace

系统将变频策略的决策权交给用户态应用程序，并提供了相应的接口供用户态程序设置CPU 频率。

Ondemand

按需动态调整CPU频率，只要CPU负载超过阈值up_threshold就会立即设置为最大频率，其他时候根据负载计算出合适的频率。

Conservative

与ondemand不同，Conservative不是一味追求最高频率，而是平滑地调整CPU频率，频率的升降是渐变式的。

cpufreq调测命令

查询

以下文件节点均可通过cat命令显示

# ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/
affected_cpus //当前策略作用于哪些online core
cpuinfo_cur_freq //当前CPU硬件频率
cpuinfo_max_freq //CPU硬件支持的最低频率
cpuinfo_min_freq //CPU硬件支持的最高频率
cpuinfo_transition_latency //硬件支持的切换频率最小间隔
related_cpus //online和offline core
scaling_available_frequencies //软件支持的频率列表
scaling_available_governors //支持的策略列表
scaling_cur_freq //软件设置的当前频率，通常与cpuinfo_cpus相同，如果出现硬件问题可能导致不一致
scaling_driver //当前使用的driver
scaling_governor //当前使用的governor
scaling_max_freq //软件governor设置的最高频率
scaling_min_freq //软件governor设置的最低频率
scaling_setspeed //需将governor类型切换为userspace，才会出现，通过echo修改数值，会切换主频

设置

可以通过 echo配置scaling_governor，scaling_max_freq，scaling_min_freq
例如：echo 1400 > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_min_freq

cpufreq编译配置

#CPU Frequency scaling
CONFIG_CPU_FREQ=y #主开关
#CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_SCHEDUTIL=y #default gov任选某个宏打开即可，决定了cpufreq初始化使用的governor，后续可在init.rc修改文件结点
#CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_PERFORMANCE=y
#CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_ONDEMAND=y
CONFIG_CPU_FREQ_STAT=y #维测开关，查看cpufreq统计信息：/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats

performance/powersave策略

performance/powersave策略都是静态频率，performance设置为最高频，powersave设置为最低频。在切换governor的时候配置好频率：

cpufreq_set_policy->cpufreq_governor_limits

Userspace策略

用户写文件节点/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_setspeed时，调用store_scaling_setspeed函数修改频率。

Interactive策略

重要概念

hispeed_freq：当CPU频率较低且负载突然超过go_hispeed_load时，CPU跳到此频率，如果在

go_hispeed_load：hispeed_freq对应的负载

min_sample_time：在降频前需要在当前频率运行保持的时间

sampling_rate：interative管理器的采样间隔

target_loads：为每个CPU频率设置理想的CPU负载，以负载+频率的数组形式存储，如75:800:80:900:85:1300: 90:1500:95，含义是负载75以下时频率为800MHz，75~80时，频率为900MHz。

above_hispeed_delay：频率升高时的需要保持的时间，以频率+时间的数组形式存储

调频基本流程

设置sched的回调函数，每次发生调度变化时设置一个irq_work任务，在irq_work中重新计算目标频率

gov_set_update_util->cpufreq_add_update_util_hook->cpufreq_update_util->update_util_handler->irq_work_queue->eval_target_freq->update_load==choose_freq

update_load：以CPU idle运行时间，计算移动平均频率
choose_freq：使用平均负载频率，预估合适的目标频率

static u64 update_load(struct interactive_cpu *icpu, int cpu)
{
    struct interactive_tunables *tunables = icpu->ipolicy->tunables;
    u64 now_idle, now, active_time, delta_idle, delta_time;

    now_idle = get_cpu_idle_time(cpu, &now, tunables->io_is_busy); /* 系统启动之后CPU处于idle的总时间 */
    delta_idle = (now_idle - icpu->time_in_idle); /* 本次与上次进入update_load之间，CPU处于idle的总时间 */
    delta_time = (now - icpu->time_in_idle_timestamp); /* 本次与上次进入update_load时间只差 */

    if (delta_time <= delta_idle)
        active_time = 0;
    else
        active_time = delta_time - delta_idle;

    icpu->cputime_speedadj += active_time * icpu->ipolicy->policy->cur; /* 移动平均值，代表CPU实际需要的频率值 */

    icpu->time_in_idle = now_idle;
    icpu->time_in_idle_timestamp = now;

    return now;
}

/* Re-evaluate load to see if a frequency change is required or not */
static void eval_target_freq(struct interactive_cpu *icpu)
{
    ...

    spin_lock_irqsave(&icpu->load_lock, flags);
    now = update_load(icpu, smp_processor_id());
    delta_time = (unsigned int)(now - icpu->cputime_speedadj_timestamp);
    cputime_speedadj = icpu->cputime_speedadj;
    spin_unlock_irqrestore(&icpu->load_lock, flags);

    spin_lock_irqsave(&icpu->target_freq_lock, flags);
    do_div(cputime_speedadj, delta_time);
    /* loadadjfreq = (cputime_speedadj + active_time * policy->cur) / delta_time *100 ≈ cur_load * cur_freq；表示在周期内CPU需要的平均负载频率 */
    loadadjfreq = (unsigned int)cputime_speedadj * 100;

    /* cpu_load = (cputime_speedadj / policy->cur + active_time ) / * delta_time) *100 ≈ active_time/delta_time*100≈cur_load；表示CPU平均负载*/
    cpu_load = loadadjfreq / policy->cur;
    
    ....
    /* choose_freq中使用loadadjfreq、target_loads的负载和频率，计算预期的频率 */
    choose_freq(icpu, loadadjfreq);
    ...
}

/*
 * If increasing frequencies never map to a lower target load then
 * choose_freq() will find the minimum frequency that does not exceed its
 * target load given the current load.
 */
static unsigned int choose_freq(struct interactive_cpu *icpu, unsigned int loadadjfreq)
{
    struct cpufreq_policy *policy = icpu->ipolicy->policy;
    struct cpufreq_frequency_table *freq_table = policy->freq_table;
    unsigned int prevfreq, freqmin = 0, freqmax = UINT_MAX, tl;
    unsigned int freq = policy->cur;
    int index;

    do {
        prevfreq = freq;
        tl = freq_to_targetload(icpu->ipolicy->tunables, freq); /* 根据目标freq返回目标负载 */
        /*
         * Find the lowest frequency where the computed load is less
         * than or equal to the target load.
         * target_frqe = loadadjfreq / tl = cur_freq * cur_load / tl; /* 根据这个公式逐渐收缩，多次调整找到最佳tl和目标freq */
         */
        index = cpufreq_frequency_table_target(policy, loadadjfreq / tl, CPUFREQ_RELATION_L);
        freq = freq_table[index].frequency;
        if (freq > prevfreq) {
            /* The previous frequency is too low */
　　　　　　...
        } else if (freq < prevfreq) {
            /* The previous frequency is high enough. */
　　　　　　...
        }
        /* If same frequency chosen as previous then done. */
    } while (freq != prevfreq);

    return freq;
}