“人是铁饭是钢，一顿不吃饿得慌”，对于嵌入式设备而言，没有电一切都白瞎，特别是带电池的终端嵌入式设备，对电能的管理尤其重要，也是我们调试设备的一个重点。可以说有省电需求的设备都需要关注调试软硬件中的电源管理，省下来一度电，或者多运行一会那可是实打实的钱啊，干这个直接就能转化成money，所以电源管理工程师在工作中岗位多，很重要，调试嵌入式设备都需要。 本文作为开篇，但是开篇即巅峰（非现学现卖，实属老司机），从电源管理基础知识、Linux电源管理、SoC中电源管理，甚至从设计SoC 芯片的角度，带你进入电源管理的星辰大海。 先分享一些网上比较好的成系列的文章：
- 软件方面可以参考蜗窝科 技：http://www.wowotech.net/pm_subsystem/pm_architecture.html
- 硬件方面可以参考老秦谈芯
1. 电源状态介绍
进行电源管理的原则就是不能“占着茅坑不拉屎”，或者“用力过猛”。我们做一件事情的时候，生手往往使用蛮力，一会就累趴下了，老油条又不用力，光占着位置不出活，我们需要的是愿意干活的熟练工，不该用力的时候不用力，该用力的时候用大力，这样才能上工时间长，效益高。就像上面图中的电源状态名字，该偷懒的时候就偷懒磨洋工（Power Save），该甩开膀子加油干的时候就不保留（Power on），该小睡（Standly）或者大睡（Sleep）就去睡觉。 嵌入式设备运行的时候也是同样的道理，CPU等各种元器件并不是每时每刻都有活干，比如我们的手机，打游戏（超级大活）的时候就费电，网络视频电话（大活）也费电，看个电子书（小活）能省电一点，关闭屏幕放口袋（没活眯一会）里面就更省电了。
各种电源状态也是可以相互转化的，比如掏出手机，按键解锁就从节能模式到正常模式了，或者手机长时间不用就自动进入休眠模式了。上图作为一个例子，在我们自己设计的系统里面可以定义电源模式和编写转换方式。这里的电源模式有两种类型一种是系统电源状态，例如系统关机、重启休眠等，一种是每个外设的电源状态，例如网口、WiFi、I2C控制器等的关闭打开休眠等。
2. Linux 电源管理的组成
Linux内核电源管理的整体架构组成，大体可以归纳为如下几类：
- CPU在运行时根据系统负载进行动态电压和频率变换的CPUFreq。
- CPU在系统空闲时根据空闲的情况进行低功耗模式的CPUIdle。
- 多核系统下CPU的热插拔支持。
- 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。
- 设备驱动针对系统挂起到RAM/硬盘的一系列入口函数。
- SoC进入挂起状态、SDRAM自刷新的入口。
- 设备的运行时动态电源管理，根据使用情况动态开关设备。
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。
先扯点别的，上面的图是从宋宝华《Linux设备驱动开发详解》这个书里面截取的，但是这个书真是不适合入门，可以说是写给懂的人看的，作为一个已经懂的人的索引词典还可以。所以懂的人看到图和解释就觉得还可以，总结的很好，对于初学者一脸懵逼。初学者推荐正点原子的视频和资料：http://www.openedv.com/docs/boards/arm-linux/zdyz-i.mx6ull.html 下面就Linux电源管理相关的一些名词解释，你也可以用ChatGPT来寻找解释，很多时候是我们不知道搜什么，就是你不知道你自己不知道，这里告诉你搜什么。最近百度的文言一心放开了：https://yiyan.baidu.com/，我直接上图，懒得自己写了：
Linux电源管理框架对于Linux中的电源管理框架，首先就是分层和抽象，可以看到有三层：
API Layer，用于向用户空间提供接口，屏蔽底层内核和硬件具体的实现细节，这样方便上层软件的开发和维护。例如关机和重启的接口形式是系统调用，Hibernate和Suspend的接口形式是sysfs。
- PM Core，是尽可能的抽象公共逻辑，并在Framework内实现，以提高重用性、减少开发量，位于kernel/power/目录下，主要处理和硬件无关的核心逻辑。
PM Driver，分为两个部分，一是体系结构无关的Driver，提供Driver框架（Framework），向下层提供一系列的回调函数（callback function），下层软件可能面对差别较大的现实，但只要填充这些回调函数，即可完成所有逻辑，减小了开发的难度。另一部分是具体的体系结构相关的Driver，这也是电源管理驱动开发需要涉及到的内容（图中红色边框的模块）。
Linux中电源管理有关的源码分别位于：
kernel/power/
*drivers/power/
drivers/base/power/*
drivers/cpuidle/*
drivers/cpufreq/*
drivers/devfreq/*
include/linux/power_supply.h
include/linux/cpuidle.h
include/linux/cpufreq.h
include/linux/cpu_pm.h
include/linux/device.h
include/linux/pm.h
include/linux/pm domain.h
include/linux/pm runtime.h
include/linux/pm wakeup.h
include/linux/suspend.h
Documentation/power/*.txt
3. ARM SoC中PCSA与SCP
只从Linux角度研究电源管理还远远不够，特别是在ARM的异构多核SoC中，例如手机和汽车的复杂系统中。系统中有多个OS，Linux只是其中一个OS，而且电源管理相关的控制都是系统非常重要的，必须放安全世界，可惜的是Linux是非安全世界，所以需要Linux-》PSCI-》SMC-》ATF（BL31）-》SCMI-》MailBox-》SCP-》CRU/PMIC/PPU等。关于ARM权限的分析，可以参考之前的文章：ARM ATF入门-安全固件软件介绍和代码运行
对于ARM的一手资料，必须去ARM官网上搜索下载最重要的资料就是官网文档，例如PCSA的资料：https://developer.arm.com/search#q=Power_Control_System_Architecture 关于PCSA之前的文章：ARM SCP入门-简介和代码下载编译 中有详细的描述，这里不再说明了，放一张图：
4. SoC设计中的电源管理
在CMOS电路中功耗可以分为静态功耗和动态功耗。
- 静态功耗又叫做泄漏功耗，是指电路处于等待或不激活状态时泄漏电流所产生的功耗，跟硬件相关，系统都不运行了软件就不用关系了。
- 动态功耗就是在系统运行时的功耗，直接看公式：
式中C 代表负载电容的容值，V 是工作电压，A 是当前频率下电路的平均翻转率，f 为工作频率，IShort 和ILeakage 分别为短路电流和漏电流。从公式中可知，C、V 、A、f 决定了整个CMOS 电路的功耗：CMOS芯片的能量消耗正比于电压的平方和时钟频率。对于硬件器件的功耗控制技术，在软硬件上万变不离其宗，基本就是通过控制电压和频率进行的。 对于电压的提供，引入电压域和电源域的概念，梳理出来相同电压需求的器件可以加入一个电压域。梳理出来一个功能模块的电压供应放到一块是一个电源域。可以使用PMIC进行供电。另外引入电源轨的概念， 涉及到上下电的顺序，因为功能硬件可能有依赖，需要设计先后顺序。
对于频率和复位，可以使用PLL产生clock，用CRU对器件的频率和复位进行管理。需要设计PLL对应的时钟树，复位也需要设计某个复位信号的作用范围。复位还牵扯watchdog的软硬件喂狗失败导致的复位。 对于电源域的控制，可以使用一个独立的MCU运行SCP固件，上面放PPU对电压和频率一块控制，如上图。另一种方案：也可以使用一个PMU硬件对电源域进行管理，PMU的控制可以放到BL31的安全世界。PMU和SCP的区别就是SCP是一个OS有独立的软硬件可以有决策能力，PMU只是一个硬件执行者，一般依附于A核Linux软件进行决策。 还有一个clock gating的概念，就是把clock频率降为0，但是电压还有，从而来降低功耗，这个可以在CRU或者PPU中，某些器件不使用需要关闭降低功耗的时候不下电，只进行clock gating。
后记：
本篇虽然是开篇，但是尽量把遇到的一些电源管理知识都**涵盖**进去了，其中涉及的**软硬件** **技术非常多**，但是好在不像内核中进程、内存、文件系统等模块那么难理解。**蜗窝科技**的电源管理写了**43篇**，是他的博客最多的分类了，可见其很庞杂，借用蜗窝的一句话：“**慢下来，享受技术**”，我也写的很慢，但是尽量保持写出来的都是自己**精心打磨**的干货，而且纯公益分享，大家放心关注转发。
“啥都懂一点，啥都不精通，
干啥都能干，干啥啥不是，
专业入门劝退，堪称程序员杂家”。
后续会继续更新，纯干货分析，欢迎分享给朋友，欢迎评论交流！