K230_功耗管理适配指南
版权所有©2023北京嘉楠捷思信息技术有限公司
免责声明
您购买的产品、服务或特性等应受北京嘉楠捷思信息技术有限公司（“本公司”，下同）及其关联公司的商业合同和条款的约束，本文档中描述的全部或部分产品、服务或特性可能不在您的购买或使用范围之内。除非合同另有约定，本公司不对本文档的任何陈述、信息、内容的正确性、可靠性、完整性、适销性、符合特定目的和不侵权提供任何明示或默示的声明或保证。除非另有约定，本文档仅作为使用指导参考。
由于产品版本升级或其他原因，本文档内容将可能在未经任何通知的情况下，不定期进行更新或修改。
商标声明
、“嘉楠”和其他嘉楠商标均为北京嘉楠捷思信息技术有限公司及其关联公司的商标。本文档可能提及的其他所有商标或注册商标，由各自的所有人拥有。
版权所有 © 2023北京嘉楠捷思信息技术有限公司。保留一切权利。 非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。
目录
[TOC]
前言
概述
本文档主要描述K230平台功耗管理框架以及如何使用功耗控制。
读者对象
本文档（本指南）主要适用于以下人员：
技术支持工程师
软件开发工程师
缩略词定义
简称 |
说明 |
|---|---|
修订记录
文档版本号 |
修改说明 |
修改者 |
日期 |
|---|---|---|---|
V1.0 |
初版 |
张涛 |
2023/07/17 |
1. 概述
k230平台功耗管理框架分为大核功耗管理和小核功耗管理，两个核独立控制。 大核(rt-smart)主要控制CPU1、AI模块、显示模块、多媒体模块等，小核(linux)主要控制CPU0等。 芯片上电后默认使能所有电源域及时钟，为了减少功耗，因此在uboot-spl阶段关闭了以下电源域及时钟:
KPU电源、KPU clk、KPU aclk
VPU电源、VPU clk、VPU aclk、VPU cfgclk
DPU电源、DPU clk、DPU aclk、DPU pclk
DISP电源、disp clk
mclk
同时各设备驱动负责相应的时钟及电源域管理，当用户打开设备时，驱动应打开电源域和时钟，当用户关闭设备时，驱动应关闭时钟和电源域。对于不支持电源域管理的设备，只需要控制时钟。
2. 大核功耗控制
2.1 控制框架介绍
2.1.1 电源管理域
大核功耗控制主要围绕几个电源管理域:
CPU1
KPU
DPU
VPU
DISP
每个电源管理域可分别设置频率，其中CPU1和KPU还支持DVFS，其它电源管理域只支持设置频率。电源管理域支持频率为驱动内置，用户可根据自己实际场景进行更改。
2.1.2 控制策略
每个电源管理域可分别设置功耗控制策略，分为四种策略:
手动模式，用户可在程序中调用接口手动配置频率
性能模式，锁定最高频率
省电模式，锁定最低频率
自动模式，根据负载自动切换频率(仅支持CPU1)
2.1.3 热保护
功耗控制支持两级热保护，第一级是超过指定温度后对模块进行频率限制，第二级是超过指定温度后强制模块关闭电源域，两级均支持用户配置。
2.1.4 电源和时钟
功耗控制支持手动对每个电源管理域进行上下电和时钟控制，用户一般不需要手动调用，使用设备时设备驱动会打开电源和时钟，关闭设备时设备驱动会关闭电源和时钟。
2.1.5 CPU1
cpu支持4种策略：手动模式、性能模式、省电模式、自动模式
针对目前门锁和词典笔POC的CPU1功耗优化，主要还是采用手动模式，用户在计算量大的程序段前设置高频，运行完成后设置为低频。对于多进程或多线程应用，每个应用可以锁定最低运行频率。 可通过查看cpu统计信息来调整应用以达到最佳功耗。
2.1.6 KPU
kpu支持3种策略：手动模式、性能模式、省电模式
KPU功耗控制主要是通过调整KPU频率和开关电源时钟，通过nncase调用kd_mpi_pm_runtime_runstage接口告知目前KPU的运行阶段，用户可通过各阶段控制各模块时钟和电源，如在AI使用KPU时，可打开KPU时钟，使用完成后立即关闭时钟(AI2D时钟的控制默认由硬件自动控制)。用户也可根据实际场景，手动设置KPU频率，如要求模型高帧率则设置最大频率，帧率无要求或可满足需求，则设置较低的频率来降低功耗。
2.1.7 DPU
参考 KPU
2.1.8 VPU
参考 KPU
2.1.9 DISPLAY
显示相关部分，内置几种频率组合，如60fps、30fps等，启动时根据不同场景设置好，不支持运行时调整频率，仅支持关闭时钟和关闭电源域
2.2 使用方式
功耗管理框架默认使能，所有域初始为手动模式，并且频率为系统默认初始值，不影响原系统功能。
2.2.1 使用手动模式
用户可参考以下流程使用手动模式:
通过
kd_mpi_pm_get_profiles接口获取电源管理域支持的频点通过
kd_mpi_pm_set_governor接口设置电源管理域的管理策略为手动模式通过
kd_mpi_pm_set_profile或kd_mpi_pm_set_profile_lock接口设置电源管理域的profile序号
2.2.2 使用其它模式
用户可参考以下流程使用性能模式、省电模式、自动模式:
通过
kd_mpi_pm_set_governor接口设置电源管理域的管理策略为相应模式
2.2.3 使用热保护
通过
kd_mpi_pm_set_thermal_protect接口设置热保护温度和降频序号，当温度超过指定值后降频到指定profile通过
kd_mpi_pm_set_thermal_shutdown接口设置热关机温度，当温度超过指定值后各电源管理域会强制下电
2.2.4 使用自定义频率
比如需要修改CPU支持的频率，可以修改k230_sdk/src/big/mpp/kernel/pm/src/pm_domain_cpu.c文件中的profiles数组:
static k_pm_profile profiles[] = {
{1.6e9, 0.8e6},
{1.188e9, 0.7e6},
{0.8e9, 0.68e6},
{0.594e9, 0.66e6},
{0.4e9, 0.64e6},
{0.2e9, 0.62e6},
};
修改完数组后，同样需要修改同一文件下的set_clock函数，去生成相应的频率，如果域支持DVFS，用户还需要指定每个频率对应的电压，如果不支持，则统一为默认电压。
KPU, DPU, VPU的修改也是类似。
注意: 如果需要使用CPU自动模式策略，修改了频率后，同时需要修改负载转换表load_table。
2.3 API 参考
该框架提供以下API:
2.3.1 kd_mpi_pm_set_reg
【描述】
写寄存器，用于扩展或调试
【语法】
int kd_mpi_pm_set_reg(uint32_t reg, uint32_t val);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
reg |
寄存器地址 |
输入 |
val |
寄存器数据 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
只支持CMU，PWR地址段
【举例】
无
2.3.2 kd_mpi_pm_get_reg
【描述】
读寄存器，用于扩展或调试
【语法】
int kd_mpi_pm_get_reg(uint32_t reg, uint32_t *pval);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
reg |
寄存器地址 |
输入 |
pval |
寄存器数据 |
输出 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
只支持CMU，PWR地址段
【举例】
无
2.3.3 kd_mpi_pm_get_profiles
【描述】
获取电源管理域的profile属性
【语法】
int kd_mpi_pm_get_profiles(k_pm_domain domain, uint32_t *pcount, k_pm_profile *pprofile);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
pcount |
属性个数 |
输入/输出 |
pprofile |
属性 |
输出 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
*pcount最大值为128
*pcount为0时，返回电源管理域的profile个数，pprofile未使用
*pcount大于0小于某个值时，返回指定个数的profile属性，pprofile不能为空且必须大于*pcount
*pcount大于某个值时，返回最大的profile个数和最大个数的profile属性，pprofile不能为空且必须大于*pcount最大值
profile为降序排列，序号0为最高频率，序号越大频率越低
【举例】
无
2.3.4 kd_mpi_pm_get_stat
【描述】
获取电源管理域的统计信息
【语法】
int kd_mpi_pm_get_stat(k_pm_domain domain);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
目前仅支持CPU电源管理域
【举例】
无
2.3.5 kd_mpi_pm_set_governor
【描述】
设置电源管理域的管理策略
【语法】
int kd_mpi_pm_set_governor(k_pm_domain domain, k_pm_governor governor);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
governor |
管理策略 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.6 kd_mpi_pm_get_governor
【描述】
获取电源管理域的管理策略
【语法】
int kd_mpi_pm_get_governor(k_pm_domain domain, k_pm_governor *pgovernor);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
pgovernor |
管理策略 |
输出 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.7 kd_mpi_pm_set_profile
【描述】
设置电源管理域当前的profile序号
【语法】
int kd_mpi_pm_set_profile(k_pm_domain domain, int32_t index);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
index |
profile序号 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
仅支持手动模式下设置
支持负数，如-1代表倒数第一个profile，-2代表倒数第二个profile
超出范围的负数，会被限制为第一个profile
超出范围的正数，会被限制为最后一个profile
【举例】
无
2.3.8 kd_mpi_pm_get_profile
【描述】
获取电源管理域当前的profile序号
【语法】
int kd_mpi_pm_get_profile(k_pm_domain domain, int32_t *pindex);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
pindex |
profile序号 |
输出 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.9 kd_mpi_pm_set_profile_lock
【描述】
设置电源管理域最低的profile序号
【语法】
int kd_mpi_pm_set_profile_lock(k_pm_domain domain, int32_t index);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
index |
profile序号 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
设置完成后，当前profile可能大于设置值，如其它进程设置最低profile为1，当前进程设置最低profile为2，此时实际profile为1
【举例】
无
2.3.10 kd_mpi_pm_set_profile_unlock
【描述】
清除电源管理域最低的profile序号
【语法】
int kd_mpi_pm_set_profile_unlock(k_pm_domain domain, int32_t index);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
index |
profile序号 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.11 kd_mpi_pm_set_thermal_protect
【描述】
设置电源管理域热保护降频
【语法】
int kd_mpi_pm_set_thermal_protect(k_pm_domain domain, int32_t temp, int32_t index);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
temp |
温度，单位0.01℃ |
输入 |
index |
profile序号 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
仅CPU和KPU电源管理域支持热保护设置
【举例】
无
2.3.12 kd_mpi_pm_get_thermal_protect
【描述】
获取电源管理域热保护降频配置
【语法】
int kd_mpi_pm_get_thermal_protect(k_pm_domain domain, int32_t *ptemp, int32_t *pindex);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
ptemp |
温度，单位0.01℃ |
输出 |
pindex |
profile序号 |
输出 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
仅CPU和KPU电源管理域支持热保护设置
【举例】
无
2.3.13 kd_mpi_pm_set_thermal_shutdown
【描述】
设置热关机温度
【语法】
int kd_mpi_pm_set_thermal_shutdown(int32_t temp);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
temp |
温度，单位0.01℃ |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.14 kd_mpi_pm_get_thermal_shutdown
【描述】
获取热关机温度
【语法】
int kd_mpi_pm_get_thermal_shutdown(int32_t *ptemp);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
ptemp |
温度，单位0.01℃ |
输出 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.15 kd_mpi_pm_set_clock
【描述】
设置电源管理域时钟
【语法】
int kd_mpi_pm_set_clock(k_pm_domain domain, bool enable);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
enable |
开关 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.16 kd_mpi_pm_set_power
【描述】
设置电源管理域电源
【语法】
int kd_mpi_pm_set_power(k_pm_domain domain, bool enable);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
domain |
电源管理域 |
输入 |
enable |
开关 |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
无
【举例】
无
2.3.17 kd_mpi_pm_runtime_runstage
【描述】
设置nncase运行阶段，由nncase runtime调用
【语法】
int kd_mpi_pm_runtime_runstage(k_runtimestage_id stage);
【参数】
参数名称 |
描述 |
输入/输出 |
|---|---|---|
stage |
运行阶段ID |
输入 |
【返回值】
返回值 |
描述 |
|---|---|
0 |
成功 |
非0 |
失败，其值参见错误码 |
【需求】
头文件：mpi_pm_api.h
库文件：libpm.a
【注意】
PM模块内置了一套控制策略，在
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_START时打开KPU电源和时钟，RUNTIMESTAGE_ID_KPU_STOP时关闭KPU电源和时钟，用户可根据实际需求重写此函数。
【举例】
无
2.4 数据结构
2.4.1 k_pm_domain
【说明】
定义电源管理域
【定义】
typedef enum {
PM_DOMAIN_CPU,
PM_DOMAIN_KPU,
PM_DOMAIN_DPU,
PM_DOMAIN_VPU,
PM_DOMAIN_DISPLAY,
PM_DOMAIN_MEDIA,
PM_DOMAIN_NR,
} k_pm_domain;
【成员】
成员名称 |
描述 |
|---|---|
PM_DOMAIN_CPU |
CPU电源管理域 |
PM_DOMAIN_KPU |
KPU电源管理域 |
PM_DOMAIN_DPU |
DPU电源管理域 |
PM_DOMAIN_VPU |
VPU电源管理域 |
PM_DOMAIN_DISPLAY |
显示电源管理域 |
PM_DOMAIN_MEDIA |
视频电源管理域 |
PM_DOMAIN_NR |
电源管理域总数 |
【注意事项】
无
2.4.2 k_pm_governor
【说明】
定义电源管理策略
【定义】
typedef enum {
PM_GOVERNOR_MANUAL,
PM_GOVERNOR_PERFORMANCE,
PM_GOVERNOR_ENERGYSAVING,
PM_GOVERNOR_AUTO,
} k_pm_governor;
【成员】
成员名称 |
描述 |
|---|---|
PM_GOVERNOR_MANUAL |
手动模式 |
PM_GOVERNOR_PERFORMANCE |
性能模式 |
PM_GOVERNOR_ENERGYSAVING |
节能模式 |
PM_GOVERNOR_AUTO |
自动模式 |
【注意事项】
无
2.4.3 k_pm_profile
【说明】
定义频点对，包含频率和电压
【定义】
typedef struct {
int32_t freq;
int32_t volt;
} k_pm_profile;
【成员】
成员名称 |
描述 |
|---|---|
freq |
频率，单位：Hz |
volt |
电压，单位：uV |
【注意事项】
频点对为降序排列，序号0为最高频率，序号越大频率越低
2.4.4 k_runtimestage_id
【说明】
定义AI运行阶段，AI运行过程中可能会用到AI2D、KPU、CPU
【定义】
typedef enum {
RUNTIMESTAGE_ID_AI2D_START,
RUNTIMESTAGE_ID_AI2D_STOP,
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_START,
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_STOP,
RUNTIMESTAGE_ID_CPU_START,
RUNTIMESTAGE_ID_CPU_STOP,
} k_runtimestage_id;
【成员】
成员名称 |
描述 |
|---|---|
RUNTIMESTAGE_ID_AI2D_START |
AI2D运行开始 |
RUNTIMESTAGE_ID_AI2D_STOP |
AI2D运行结束 |
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_START |
KPU运行开始 |
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_STOP |
KPU运行结束 |
RUNTIMESTAGE_ID_CPU_START |
CPU运行开始 |
RUNTIMESTAGE_ID_CPU_STOP |
CPU运行结束 |
【注意事项】
无
2.5 错误码
错误代码 |
宏定义 |
描述 |
|---|---|---|
0xa0178003 |
K_ERR_PM_ILLEGAL_PARAM |
参数设置无效 |
0xa0178004 |
K_ERR_PM_EXIST |
设备已存在 |
0xa0178005 |
K_ERR_PM_UNEXIST |
设备不存在 |
0xa0178006 |
K_ERR_PM_NULL_PTR |
参数空指针 |
0xa0178007 |
K_ERR_PM_NOT_CONFIG |
设备未配置 |
0xa0178008 |
K_ERR_PM_NOT_SUPPORT |
操作不支持 |
0xa0178009 |
K_ERR_PM_NOT_PERM |
操作不允许 |
0xa017800c |
K_ERR_PM_NOMEM |
内存分配失败 |
0xa0178010 |
K_ERR_PM_NOTREADY |
设备未就绪 |
0xa0178011 |
K_ERR_PM_BADADDR |
错误地址 |
0xa0178012 |
K_ERR_PM_BUSY |
设备忙 |
3. 小核功耗控制
3.1 控制框架介绍
小核控制主要是针对CPU0，支持linux cpu_freq、温度保护、降温控制。
3.1.1 cpu_freq
cpu_freq为linux标准，请参考kernel文档