背景

• Read the fucking source code! --By 魯迅
• A picture is worth a thousand words. --By 高爾基

說明：

1. Kernel版本：4.14
2. ARM64處理器
3. 使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 介紹

• cpufreq子系統負責在運行時對CPU頻率和電壓的動態調整，以達到性能和功耗的平衡，它也叫DVFS(Dynamic Voltage Frequency Scaling)。
• DVFS原理：CMOS電路中功耗與電壓的平方成正比，與頻率也成正比。此外，頻率越高，性能也越強，相應的能耗就增大了，所以Tradeoff依舊是一門藝術。
• cpufreq framework類似於cpuidle framework，提供機制（cpufreq driver）與策略（cpufreq governor），此外提供了cpufreq core來對機制和策略進行管理。

2. 框架

主要代碼路徑：
driver/cpufreq/cpufreq.c
include/linux/cpufreq.h
drivers/cpufreq/cpufreq_userspace.c

先上框架圖：

粗一看與cpuidle framework的圖很像，但是有些差別如下：

• 用戶層與cpufreq framework的交互，主要是通過sysfs，這個可以在/sys下看到很多文件，而Kernel Module也可以使用某些介面來回調它；
• 系統只允許有一個Platform Drivers，為全局變數cpufreq_driver，cpufreq core通過它去回調驅動；
• 驅動與硬體的交互，通過如set_clk_rate/regulator_set_voltage等介面去設置CPU的時鐘和電壓，而不再是cpu_ops；
• 有一個全局的governor鏈表cpufreq_governor_list，可以通過查找鏈表來選擇合適的governor；

3. 數據結構

核心的數據結構有三個：

• struct cpufreq_policy：用於描述不同的policy，涉及到頻率表、cpuinfo等各種信息，並且每個policy都會指向某個governor；
• struct cpufreq_governor：用於對policy的管理；
• struct cpufreq_driver：用於描述具體的驅動程式；
  如下圖：
  

4. 流程

4.1 cpufreq_driver註冊

仔細觀察上圖中struct cpufreq_driver結構體，你會發現它與傳統的設備模型中的驅動結構不一致，它並沒有內嵌struct bus_type或struct device_driver類型，這就決定了它不屬於“device<--->bus<--->driver”這種模型。
事實上，cpufreq_driver是一個全局的變數，不屬於任何一個拓撲的結構。它的註冊從cpufreq_register_driver開始。
流程如下圖：

4.2 governor註冊

介面為：cpufreq_register_governor，這個操作實在是太簡單了，添加到全局鏈表即可，完事！
順帶提一句吧，還有一個介面cpufreq_register_notifier，這個用於通知機制，具體不再深入分析了。

4.3 sysfs訪問

cpufreq core會在/sys目錄下創建相應的節點，如下圖所示：

用戶態可以通過cat/echo命令來讀取/設置相應的值。

對應結構體如下：

static struct attribute *default_attrs[] = {
    &cpuinfo_min_freq.attr,
    &cpuinfo_max_freq.attr,
    &cpuinfo_transition_latency.attr,
    &scaling_min_freq.attr,
    &scaling_max_freq.attr,
    &affected_cpus.attr,
    &related_cpus.attr,
    &scaling_governor.attr,
    &scaling_driver.attr,
    &scaling_available_governors.attr,
    &scaling_setspeed.attr,
    NULL
};

各個欄位含義如下：

• affected_cpus：需要軟體調整頻率的cpu列表；
• related_cpus：需要軟體或硬體來調整頻率的cpu列表；
• cpuinfo_max_freq：CPU能夠支持的最高頻率（khz）；
• cpuinfo_min_freq：CPU能夠支持的最小頻率（khz）；
• cpuinfo_transition_latency：CPU頻率切換時的時間開銷（ns）；
• scaling_available_governors：內核中支持的governor；
• scaling_driver：硬體驅動，比如cpufreq-dt；
• scaling_cur_freq：CPU工作頻率；
• scaling_max_freq：當前policy的頻率上限；
• scaling_min_freq：當前policy的頻率下限；
• scaling_governor：CPU調頻策略，可以修改；
• scaling_setspeed：設置CPU運行頻率；
  如下圖：
  

sysfs回調下來後，會進入xxx_store/xxx_show函數來進行具體的設置，至於設置的流程大體與cpufreq_driver註冊圖中類似，不再深入分析了。

驅動的實現變成了實現struct cpufreq_driver函數指針中的函數，並註冊即可。目前的驅動開發大抵如此，變成了一道填空題，當然我們也需要去瞭解背後的原理。