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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:

  1. KPU电源、KPU clk、KPU aclk
  2. VPU电源、VPU clk、VPU aclk、VPU cfgclk
  3. DPU电源、DPU clk、DPU aclk、DPU pclk
  4. DISP电源、disp clk
  5. 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:

  1. CPU1
  2. KPU
  3. DPU
  4. VPU
  5. 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:

  1. 手动模式,用户可在程序中调用接口手动配置频率
  2. 性能模式,锁定最高频率
  3. 省电模式,锁定最低频率
  4. 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:

  1. 通过kd_mpi_pm_get_profiles接口获取电源管理域支持的频点
  2. 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
  3. 通过kd_mpi_pm_set_profilekd_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:

  1. 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

  1. 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
  2. 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】

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】

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】

  1. *pcount最大值为128
  2. *pcount为0时,返回电源管理域的profile个数,pprofile未使用
  3. 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
  4. 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
  5. profile为降序排列,序号0为最高频率,序号越大频率越低

【举例】

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】

  1. 目前仅支持CPU电源管理域

【举例】

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】

【举例】

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】

【举例】

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
indexprofile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】

  1. 仅支持手动模式下设置
  2. 支持负数,如-1代表倒数第一个profile,-2代表倒数第二个profile
  3. 超出范围的负数,会被限制为第一个profile
  4. 超出范围的正数,会被限制为最后一个profile

【举例】

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
pindexprofile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】

【举例】

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
indexprofile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】

  1. 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
  2. 其它参考kd_mpi_pm_get_profile

【举例】

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
indexprofile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】

【举例】

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
indexprofile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】

  1. 仅CPU和KPU电源管理域支持热保护设置

【举例】

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
pindexprofile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】

  1. 仅CPU和KPU电源管理域支持热保护设置

【举例】

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】

【举例】

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】

【举例】

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】

【举例】

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】

【举例】

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】

  1. 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】

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_CPUCPU电源管理域
PM_DOMAIN_KPUKPU电源管理域
PM_DOMAIN_DPUDPU电源管理域
PM_DOMAIN_VPUVPU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】

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】

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】

  1. 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_STARTAI2D运行开始
RUNTIMESTAGE_ID_AI2D_STOPAI2D运行结束
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_STARTKPU运行开始
RUNTIMESTAGE_ID_KPU_STOPKPU运行结束
RUNTIMESTAGE_ID_CPU_STARTCPU运行开始
RUNTIMESTAGE_ID_CPU_STOPCPU运行结束

【注意事项】

2.5 错误码

错误代码宏定义描述
0xa0178003K_ERR_PM_ILLEGAL_PARAM参数设置无效
0xa0178004K_ERR_PM_EXIST设备已存在
0xa0178005K_ERR_PM_UNEXIST设备不存在
0xa0178006K_ERR_PM_NULL_PTR参数空指针
0xa0178007K_ERR_PM_NOT_CONFIG设备未配置
0xa0178008K_ERR_PM_NOT_SUPPORT操作不支持
0xa0178009K_ERR_PM_NOT_PERM操作不允许
0xa017800cK_ERR_PM_NOMEM内存分配失败
0xa0178010K_ERR_PM_NOTREADY设备未就绪
0xa0178011K_ERR_PM_BADADDR错误地址
0xa0178012K_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