K230_功耗管理适配指南#
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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