Linux中cpufreq机制的示例分析

从 2.6.0 Linux 内核开始，您可以通过 CPUfreq 子系统动态调整处理器频率。当处理器以较低的时钟速度运行时，它们消耗的电能和产生的热量也相对较少。时钟速度的这种缩放可以控制系统在未全力运行时消耗较少电能。

cpufreq概述

cpufreq的核心功能，是通过调整CPU的电压和频率，来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。

• interactive

基于内核任务调度触发调频callback。在callback函数中统计两次调度之间CPU处于idle和busy的时间，计算出CPU负载调频然后调频。

• schedutil

schedutil也是基于内核任务调度触发调频callback，与interactive不同的是，schedutil使用的负载来自于内核使用任务负载跟踪技术（PELT/WALT）估计出来的负载。

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 corecpuinfo_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 corescaling_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driverscaling_governor //当前使用的governorscaling_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 scalingCONFIG_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=yCONFIG_CPU_FREQ_STAT=y #维测开关，查看cpufreq统计信息：/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats

cpufreq模块初始化

cpufreq的初始化分为3大阶段，依次是core层、governor层和drivers层。

• core层

初始化调频通知链表，pure_initcall(init_cpufreq_transition_notifier_list)创建cpufreq文件结点，core_initcall(cpufreq_core_init)

• governor层

使用cpufreq_register_governor接口注册各个governor到链表中，，例如：

fs_initcall(cpufreq_gov_performance_init);fs_initcall(cpufreq_gov_powersave_init);fs_initcall(cpufreq_gov_userspace_init);fs_initcall(cpufreq_gov_dbs_init);fs_initcall(sugov_register);

• drivers层

drivers层的初始化在device_initcall或者late_initcall阶段。需要完成以下主要任务：

1. 调用cpufreq_register_driver注册驱动
2. 驱动的init回调完成硬件层的初始化，包括clk、regulator、pmu的控制
3. cpufreq_register_driver接口内部完成policy和governor的设置