K230_功耗管理适配指南#

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:

kd_mpi_pm_set_reg
kd_mpi_pm_get_reg
kd_mpi_pm_get_profiles
kd_mpi_pm_get_stat
kd_mpi_pm_set_governor
kd_mpi_pm_get_governor
kd_mpi_pm_set_profile
kd_mpi_pm_get_profile
kd_mpi_pm_set_profile_lock
kd_mpi_pm_set_profile_unlock
kd_mpi_pm_set_thermal_protect
kd_mpi_pm_get_thermal_protect
kd_mpi_pm_set_thermal_shutdown
kd_mpi_pm_get_thermal_shutdown
kd_mpi_pm_set_clock
kd_mpi_pm_set_power
kd_mpi_pm_runtime_runstage

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
其它参考kd_mpi_pm_get_profile

【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

K230_功耗管理适配指南

目录

K230_功耗管理适配指南#

1. 概述#

2. 大核功耗控制#

2.1 控制框架介绍#

2.1.1 电源管理域#

2.1.2 控制策略#

2.1.3 热保护#

2.1.4 电源和时钟#

2.1.5 CPU1#

2.1.6 KPU#

2.1.7 DPU#

2.1.8 VPU#

2.1.9 DISPLAY#

2.2 使用方式#

2.2.1 使用手动模式#

2.2.2 使用其它模式#

2.2.3 使用热保护#

2.2.4 使用自定义频率#

2.3 API 参考#

2.3.1 kd_mpi_pm_set_reg#

2.3.2 kd_mpi_pm_get_reg#

2.3.3 kd_mpi_pm_get_profiles#

2.3.4 kd_mpi_pm_get_stat#

2.3.5 kd_mpi_pm_set_governor#

2.3.6 kd_mpi_pm_get_governor#

2.3.7 kd_mpi_pm_set_profile#

2.3.8 kd_mpi_pm_get_profile#

2.3.9 kd_mpi_pm_set_profile_lock#

2.3.10 kd_mpi_pm_set_profile_unlock#

2.3.11 kd_mpi_pm_set_thermal_protect#

2.3.12 kd_mpi_pm_get_thermal_protect#

2.3.13 kd_mpi_pm_set_thermal_shutdown#

2.3.14 kd_mpi_pm_get_thermal_shutdown#

2.3.15 kd_mpi_pm_set_clock#

2.3.16 kd_mpi_pm_set_power#

2.3.17 kd_mpi_pm_runtime_runstage#

2.4 数据结构#

2.4.1 k_pm_domain#

2.4.2 k_pm_governor#

2.4.3 k_pm_profile#

2.4.4 k_runtimestage_id#

2.5 错误码#

3. 小核功耗控制#

3.1 控制框架介绍#

3.1.1 cpu_freq#