系统待机唤醒功能

1 说明背景

1.1 需求

支持 GPU 进入低功耗模式，让用户选择降低设备的功耗

1.2 概念

上位词：APM, ACPI

同类词：睡眠模式, S0~S5

下位词：系统挂起, 系统唤醒, 运行时设备电源管理

1）ACPI

在计算机中，高级配置和电源接口(ACPI)提供了一个开放标准，操作系统可以使用该标准来发现和配置计算机硬件组件，执行电源管理(例如将未使用的硬件组件休眠)，执行自动配置(例如即插即用和热插拔)，并执行状态监控。and to perform status monitoring.

ACPI是一个标准化的接口规范，其中有对电源管理规范的部分; APM是与之相对的另一项电源管理技术。相比APM，ACPI更加智能。

2）电源管理

1. CPU 在运行时根据系统负载进行动态电压和频率变换的 CPUFreq。
2. CPU 在系统空闲时根据空闲的情况进行低功耗模式的 CPUIdle。
3. 多核系统下 CPU 的热插拔支持。
4. 系统和设备针对延迟的特别需求而提出申请的 PM QoS，它会作用于 CPUIdle 的具体策略。
5. 设备驱动针对系统挂起到 RAM/DISK 的一系列入口函数。
6. SoC 进入挂起状态，SDRAM 自刷新的入口。
7. 设备的运行时动态电源管理，根据使用情况动态开关设备。
8. 底层的时钟、稳压器、频率/电压表（OPP模块完成）支撑，各驱动子系统都可能用到。

3） S3/S4 模式

• S3：待机到内存，即内存之外把其他设备都进入低功耗模式，对应 ACPI state S3
• S4：待机到硬盘，即休眠，把电脑的当前状态保存到硬盘，几乎不消耗外部电源，对应 ACPI state S4

4）驱动支持 S3

关键流程：即将系统的状态保存于内存中，并将 SDRAM置于自刷新状态，待用户按键等操作后再重新恢复系统。

2 调研阶段

2.1 系统操作接口

// file: include/linux/pm.h
// struct device_driver {
struct dev_pm_ops {
    int (*prepare)(struct device *dev);
    void (*complete)(struct device *dev);
    int (*suspend)(struct device *dev);
    int (*resume)(struct device *dev);
    int (*freeze)(struct device *dev);
    int (*thaw)(struct device *dev);
    int (*poweroff)(struct device *dev);
    int (*restore)(struct device *dev);
    int (*suspend_late)(struct device *dev);
    int (*resume_early)(struct device *dev);
    int (*freeze_late)(struct device *dev);
    int (*thaw_early)(struct device *dev);
    int (*poweroff_late)(struct device *dev);
    int (*restore_early)(struct device *dev);
    int (*suspend_noirq)(struct device *dev);
    int (*resume_noirq)(struct device *dev);
    int (*freeze_noirq)(struct device *dev);
    int (*thaw_noirq)(struct device *dev);
    int (*poweroff_noirq)(struct device *dev);
    int (*restore_noirq)(struct device *dev);
    int (*runtime_suspend)(struct device *dev);
    int (*runtime_resume)(struct device *dev);
    int (*runtime_idle)(struct device *dev);
};

2.2 完整系统流程

2.3 驱动接口注册

1）注册接口: 到driver的pm成员

/* amdgpu DRIVER */
static const struct dev_pm_ops amdgpu_pm_ops = {
    .suspend = amdgpu_pmops_suspend, // 2
    .resume = amdgpu_pmops_resume, // 3
    ....
};

static struct pci_driver amdgpu_kms_pci_driver = {
    ....
    .driver.pm = &amdgpu_pm_ops, // 1
};

2）实现接口: 挂起和恢复

static int amdgpu_pmops_suspend(struct device *dev)
{
    ....
}

static int amdgpu_pmops_resume(struct device *dev)====
{
    ....
}

2.4 系统执行过程

0）挂起事件入口，执行程序

// 挂起流程
// file: kernel/power/main.c
state_store
	pm_suspend(state);
		enter_state(state);
			suspend_devices_and_enter(state); // 包含挂起和恢复的所有执行
				dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND); // 1
				suspend_enter(state, &wakeup); // 2

// 唤醒流程
// file: drivers/input/apm-power.c
apmpower_event
	system_power_event(code);
		apm_queue_event(APM_USER_SUSPEND);

1. 系统挂起流程，分为四个阶段(prepare, suspend, suspend_late, suspend_noirq)。参考文档
2. 设备挂起顺序，按照自下而上的顺序执行设备挂起; 按照自上而下的顺序恢复这些设备。参考文档

2.5 驱动执行过程

• 接口注册流程：函数amdgpu_pmops_suspend通过 struct dev_pm_ops对象amdgpu_pm_ops完成注册到struct pci_driver对象amdgpu_kms_pci_driver的.driver.pm.suspend接口。
• 设备挂起流程：函数amdgpu_pmops_suspend调用amdgpu_device_suspend(drm_dev, true, true);完成amdgpu设备的挂起功能。
• 设备恢复流程：N/A

3 开发阶段: 前提条件

大前提：在对amdgpu驱动进行开发和测试之前，确保系统在无amdgpu驱动的情况下是可用的。内核文档

sudo su

# 方法一
rtcwake -s 30 -m mem # S3
rtcwake -s 30 -m disk # S4

# 方法二
echo mem > /sys/power/state # S3
echo disk > /sys/power/state # S4

References

• Advanced Configuration and Power Interface - Wikipedia
• Debugging hibernation and suspend
• PCI Power Management
• Generic PM之Suspend功能 - wowo
• Generic PM之基本概念和软件架构
• Hibernate功能
• 《Linux设备驱动开发详解：基于最新的Linux4.0内核》
• S3待机 S4休眠 - pycod