Linux PSCI框架

2019-07-11 本文已影响2人 Loyen

背景

Read the fucking source code! --By 鲁迅
A picture is worth a thousand words. --By 高尔基

说明：

Kernel版本：4.14
ARM64处理器
使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 介绍

PSCI, Power State Coordination Interface，由ARM定义的电源管理接口规范，通常由Firmware来实现，而Linux系统可以通过smc/hvc指令来进入不同的Exception Level，进而调用对应的实现。

那问题来了？为什么要把这个放到Firmware中去实现呢？原因是ARMv8架构，引入了Virtualization，Security等概念，CPU boot、shutdown、suspend/resumen等操作不再如传统那样单纯了。我们不再是我们，我们依然是我们。

2. 分析

代码路径：
arch/arm64/kernel/psci.c
drivers/firmware/psci.c

2.1 总体框架

Linux对CPU core的操作抽象出了结构struct cpu_operations，开放给上层软件调用，struct cpu_operations统一对底层的CPU及power等资源进行统一操作，完美。
今天我们的故事就从struct cpu_operations开始。

话不多说，直接上图分析吧

CPU Operation有两种方式：spin-table和psci，这个由Device Tree来指定，显然我们今天说的是psci，以cpu_psci_ops为核心；
cpu_psci_ops中的函数指针在arch/arm64/kernel/psci.c中进行赋值，而实际的实现中去调用了psci_ops中的实现；
psci_ops中会根据实际的Function ID找到对应的函数，从而通过hvc/smc指令调用Firmware接口；
说一个实际的用例吧：
比如你现在需要把系统Suspend，在用户输入echo mem > /sys/power/state，最终会调用到cpu_suspend函数，由上图可知，最终也能调用到底层的Firmware，当然，前提是Firmware中已经实现了该接口。

所以，现在看起来PSCI其实就是去实现调用底层Firmware的接口，并且填充到对应的数据结构中就行了。

目前在内核中有三个版本的PSCI，分别是：PSCI V0.1/, PSCI V0.2/, PSCI V1.0，对应的psci_of_match[]一目了然：

static const struct of_device_id psci_of_match[] __initconst = {
    { .compatible = "arm,psci", .data = psci_0_1_init},
    { .compatible = "arm,psci-0.2", .data = psci_0_2_init},
    { .compatible = "arm,psci-1.0", .data = psci_0_2_init},
    {},
};

2.1 PSCI v0.1分析

下边分析下PSCI v0.1吧

我们从哪里来？要到哪里去？老规矩，直接上图：

从setup_arch开始跟踪，能看到入口为psci_dt_init()，从而跳转到driver/firmware/psci.c中的函数中；
psci_dt_init()会去读取并解析Device Tree中的内容，从而选择版本（psci_0_1_init/psci_0_2_init），选择指令（hvc/smc）等；
psci_0_1_init()函数完成的主要内容其实是填充对应的函数指针，以及psci_function_id[]数组；

那么如何从Device Tree到实际的解析和配置中来的呢？
下面以arch/arm/boot/dts/xenvm-4.2.dts为例：

设备树是这样子的：

解析的框架是这样子的：

2.2 PSCI v0.2及以上与PSCI v0.1的区别

代码区别：PSCI v0.2支持 CPU Suspend，CPU Migrate等操作，也就是功能更全，显然我说的这个是废话，代码说明一切；
DeviceTree的区别：


Case 1: PSCI v0.1 only.

        psci {
                compatible      = "arm,psci";
                method          = "smc";
                cpu_suspend     = <0x95c10000>;
                cpu_off         = <0x95c10001>;
                cpu_on          = <0x95c10002>;
                migrate         = <0x95c10003>;
        };

Case 2: PSCI v0.2 only

        psci {
                compatible      = "arm,psci-0.2";
                method          = "smc";
        };

Case 3: PSCI v0.2 and PSCI v0.1.

        A DTB may provide IDs for use by kernels without PSCI 0.2 support,
        enabling firmware and hypervisors to support existing and new kernels.
        These IDs will be ignored by kernels with PSCI 0.2 support, which will
        use the standard PSCI 0.2 IDs exclusively.

        psci {
                compatible = "arm,psci-0.2", "arm,psci";
                method = "hvc";

                cpu_on = < arbitrary value >;
                cpu_off = < arbitrary value >;

                ...
        };

说了是框架分析，不指望贴代码了，收工。

PS：

后续我将持续分析Linux Kernel中的子模块，尽量采取图文并茂的方式。It will be a good journey!
最近打算把文章同步到微信公众号平台去，欢迎大家关注，共同成长。

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