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簡介
DVFS全稱Dynamic Voltage and Frequency Scaling，即動態電壓頻率調整。這項技術可以根據芯片運行的應用程序的計算需求，動態調整電壓和頻率，從而達到節能的目的。
DVFS技術是一項需要軟硬件結合的技術，硬件方面比如Intel的SpeedStep技術以及由此衍生的EIST技術，ARM的IEM和AVS技術等。軟件方面對於Linux而言主要就是CPUfreq技術，下面我們着重分析一下這項技術。在開始之前，稍微講一點硬件知識。
CMOS電路中分為動態功耗和靜態功耗，公式為 power=Σ(CV²αf + VI)。 C 代表負載電容的容值，V 是工作電壓，α 是當前頻率下的翻轉率，f為工作頻率，I代表靜態電流。公式中加號前面部分代表動態功耗，后半部分代表靜態功耗。要想降低動態功耗的話，需要從C/α/V/f幾個參數入手，而對於軟件而言，通常可以調節的只有V和f。
cpufrq
好，基於上面的背景，對於Cpufreq技術其實也就是軟件根據系統的負載，動態的去調整電壓和頻率來平衡性能和功耗。
總體而言，Cpufreq包含兩部分內容，一是策略部分，該部分與具體CPU無關；而是driver部分，與具體平台實現策略有關系。這種設計的優點是實現了策略和實現機制的分離。首先看策略部分，目前Linux上通用的策略有五種，如下表所示：
| 策略名 | 策略說明 |
|---|---|
| ondemand | 平時以低俗運行，系統負載提高時按需提高頻率 |
| performance | CPU以最高頻率運行 |
| conservative | 跟ondemand方式類似， 不同之處在於提高頻率時漸進提高 |
| powersave | cpu以最低頻率運行 |
| userspace | 使用用戶在/sys 節點scaling_setspeed設置的頻率運行 |
對於安卓系統而言，還增加了一種interactive策略針對延時敏感的UI任務，當有UI任務時，改策略會采取更加激進的方式調節CPU頻率。
對於用戶空間而言，一般可通過/sys/devices/system/cpu/cpu[x]/cpufreq/xxx來查看CPU的調度策略或者進行設置。
主要有以下接口暴露給用戶：
| 接口名字 | 解釋 |
|---|---|
| cpuinfo_max_freq | CPU硬件配置的最高頻率 |
| cpuinfo_min_freq | CPU硬件配置的最低頻率 |
| cpuinfo_cur_freq | CPU當前運行頻率，硬件讀取 |
| scaling_cur_freq | CPU當前運行頻率，CPUfreq模塊緩存的頻率 |
| scaling_driver | CPU驅動模塊 |
| scaling_governor | 當前的調度策略 |
| scaling_available_governors | 可用的調度策略 |
| scaling_setspeed | 當策略為user時，設置CPU頻率 |
當切換不同調度策略時，還會出現一些新的接口。但通用接口如上表所示。
對於dirver而言，如果需要監控CPUfrq系統的變化，那么存在兩種類型的通知，一種是CPUfreq的策略變化，另一種是CPU頻率的變化。
策略變化總共有三種類型的通知:
CPUFREQ_ADJUST-只要有需要，所有的被通知者可以在此時修改policy的限制信息，比如溫控系統可能會修改在大允許運行的頻率。
CPUFREQ_INCOMPATIBLE-只是為了避免硬件錯誤的情況下，可以在該通知中修改policy的限制信息。
CPUFREQ_NOTIFY-真正切換policy前，該通知會發往所有的被通知者。
CPU頻率變化會發出兩種類型的通知：
CPUFREQ_PRECHANGE-調整前的通知
CPUFREQ_POSTCHANGE-完成調整后的通知
另外，系統休眠/喚醒如果CPU頻率發生變化，還會發出CPUFREQ_SUSPENDCHANGE和CPUFREQ_RESUMECHANGE這兩個通知。
需要注意的是，除了CPU之外，其他設備也可能存在DVFS的調整需求，可以關注devfreq，對應到driver/devfreq驅動目錄。
內核配置
內核在編譯階段就可以選擇支持的governor以及默認governor。在menuconfig中可配置CONFIG_CPU_FREQ，CONFIG_CPU_FREQ_GOV_PERFORMANCE, CONFIG_CPU_FREQ_GOV_POWERSAVE, CONFIG_CPU_FREQ_GOV_USERSPACE, CONFIG_CPU_FREQ_GOV_ONDEMAND, CONFIG_CPU_FREQ_GOV_CONSERVATIVE
等來選擇是否開啟CPUfreq，以及選擇哪種governor。
調優
Linux 3.1之后內核將cpupower-utils集成進內核tools/power/cpupower目錄，改工具集的cpufreq-bench工具可以用來分析不同策略對CPU性能的影響。該工具的原理是模擬系統運行的狀態來對比其他策略相比於performance高頻模式完成任務的時間比例。以ondemand策略為例，命令使用方式如下：
cpufreq-bench -l 50000 -s 100000 -x 50000 -y 100000 -g ondemand -r 5 -n 5 -v
一般達到目標90%左右的比例視為理想比例。
作者：piefeng
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