文章目录

1. 引子
2. CPU 频率相关调节
- 2.1 CPU 频率
- - 2.1.1 频率概念理解
  - 2.1.2 HW支持
  - - 2.1.2.1 DVFS
    - 2.1.2.2 CPU hotplug
    - 2.1.2.3 thermal 采集
- 2.2 如何查看当前系统的Frequence
- - 2.2.1 cpuinfo driver
  - 2.2.2 如何人为加大负载
  - 2.2.3 如何查看负载
- 2.3 系统提供的调节CPU Frequence方案
- - 2.3.1 负载计算方案
  - - 2.3.1.1 governors
  - 2.3.2 温度计算方案
3. 后记

1. 引子

近期遇到一个问题，某项目IC支持主频为2G，但是在分析问题过程中发现存在部分机器，即使负载已经超过300%的情况下频率仍没有在最大运行，而是1.5G左右；
这个现象引发了customer的重视，当然此问题很快就找到了原因，存在部分机器温度过高，触发了高温降频的策略，从而出现的这个现象；

对于这个现象来讲，问题分析过程比较明确：

确认HW最大支持多少？必要条件下可以做AB实验分析；
在HW支持的条件下，系统是否在哪里设置了软件最高速率限制？
SW中可以影响到CPU频率的增减的策略有哪些：
1. 动态负载均衡策略
2. 高温降频甚至重启的策略

针对于此问题：

HW支持最高频率为2G；
同一版软件，部分机器可以达到2G，有些只能达到1.5G，则怀疑点为HW影响或者上述策略影响；
通过CPU FREQ功能进行调试，配置为performance模式（即去除负载均衡策略），表现仍与之前情况相同，则怀疑点为HW影响或者温度策略；
将温度策略移除进行测试，所有机器均可以正常启动到2G的频率，则可以确认此问题为温度策略影响；
细化温度策略中的具体处理，分别针对于主控、connectivity等温度策略查看，最终确认与主AP相关；

至此，此问题原因已经确认，存在部分机器散热情况较差，导致出现降频处理，解决措施为HW增加散热处理，然后SW去除温度降频的策略（保留超过结温重启的策略）

对于这个问题已经处理完成了，但是在处理过程中其实对于整个CPU freq的处理逻辑梳理的不是特别清晰：

CPU频率降低依赖于哪些功能？
系统中的cpufreq驱动支持哪些功能？
负载、温度调节freq的机制是哪里实现的？支持多少不同的方式？是否还有其他的策略调节频率？

小朋友，你的头上为什么这么多问号？？？

2. CPU 频率相关调节

2.1 CPU 频率

2.1.1 频率概念理解

CPU频率：
即CPU的时钟频率，CPU运算时的工作的频率（1秒内发生的同步脉冲数）的简称；
可以简单理解为1S内CPU可以运行指令的数量，当然与CPU的流水线结构以及其他设计也相关，不过可以说明一个概念，CPU的主频高比主频低要性能好；

单位为：HZ，现在一般为GHz；

2.1.2 HW支持

目前的主流IC，基本都支持如下几个功能

2.1.2.1 DVFS

DVFS（Dynamic voltage and frequency scaling）：即动态调节电压和频率，用于平衡性能和节能，根据功率计算公式，在电压实际降低的情况下才有节能功效；
CMOS电路中分为动态功耗和静态功耗，公式为 power=Σ(CV²αf + VI)。
C 代表负载电容的容值，V 是工作电压，α 是当前频率下的翻转率，f为工作频率，I代表静态电流。
公式中加号前面部分代表动态功耗，后半部分代表静态功耗。要想降低动态功耗的话，需要从C/α/V/f几个参数入手，而对于软件而言，通常可以调节的只有V和f。所以对于只能调节F的只能降低动态功耗，而且有限，如果V和F都可以降低，就会好很多；

2.1.2.2 CPU hotplug

即CPU热插拔，可以在系统不重启的情况下，关闭或者打开CPU core；
linux文档：https://elixir.bootlin.com/linux/v4.9/source/Documentation/cpu-hotplug.txt> maxcpus
这是由 cmdline 传递给 Kernel，表示启动时 Kernel power on 的 cpu 数量，会赋值给 setup_max_cpus> nr_cpus
这是由 cmdline 传递给 Kernel，表示 cpu 数量> possible cpu
表示可能可用的 cpu mask。初始化时通过 dts 中 cpus 相关域来配置 possible cpu 数量> present cpu
表示已准备好的 cpu mask，下一步，就可以真正的执行 online 操作。
hotplug_cb_init 会把 possible cpu 配置成 present cpu
hotplug_cpu_init 会把 setup_max_cpus 开始到 possible cpu 配置成 present cpu> cpu on
smp_init 会把 present cpu 且小于 maxcpus 数量的 cpu 给 power on
_hps_task_main 会把 possible cpu 给 power onkernel中的配置：
CONFIG_SMP
CONFIG_HOTPLUG

2.1.2.3 thermal 采集

IC 上存在几个测量点，可以读取寄存器获取该测量点的温度；

则通过软件的实现即可，根据温度或者其他条件来动态调节频率、电压、core status；

2.2 如何查看当前系统的Frequence

2.2.1 cpuinfo driver

linux以及android中有提供一个cpufreq driver来动态调节frequence；

查看makefile：/kernel/drivers/cpufreq/Makefile
查看系统config：/kernel/arch/arm64/config/defconfig
感兴趣可以查看具体driver实现：/kernel/drivers/cpufreq/cpufreq

在机器上，可以查看对应节点：/sys/devices/system/cpu/cpu0

查看某一个cpu的freq：cat scaling_cur_freq
查看当前该cpu的策略：cat scaling_governor
查看该CPU是否online：cat online
如果是MTK的平台，会将该节点的数据添加到systrace上去，可以直接可视化界面查看，更加直观；
另外，这里是软件配置的值，需要注意有可能是软件中写的，但是实际没有设置到HW中去，这种情况下需要写一个运算程序，人为计算；

2.2.2 如何人为加大负载

linux文档：https://elixir.bootlin.com/linux/v4.9/source/Documentation/cpu-load.txt

adb 操作：
cat /dev/urandom | gzip -9 | gzip -d | gzip -9 | gzip -d > /dev/null
这种方式，负载大约可以提高到200%左右，对于4 core；
进行memtester：
memtester
写一个while循环的程序（几个核就执行几次），这种可以达到399%左右：

#! /system/bin/sh
while :
do
done

2.2.3 如何查看负载

cat /proc/loadavg
top （一般看这个）
dumpsys cpuinfo
uptime

2.3 系统提供的调节CPU Frequence方案

基于CPU负载的调节方案
基于温度的频率调节方案

2.3.1 负载计算方案

根据负载情况降低或者升高CPU频率

2.3.1.1 governors

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors
支持如下几种方案：

策略	含义
performance	性能模式，默认最高频率运行
powersave	节能模式，默认最低频率运行
ondemand	根据负载调节，Linux初期使用，现在使用较少
userspace	将选择权交给用户空间，可以通过setspeed方式设置CPU运行频率
conservative	较为平滑的根据负载设置频率

这部分的默认配置在kernel config中：

2.3.2 温度计算方案

这部分主要是获取采集到的温度数据，然后根据温度策略做降频处理

3. 后记

上述只是简单的使用记录，后序需要具体查看CPU load计算方式，涉及到CPU调度相关信息：

CPU 调度概念
CPU 调度方案
CPU 负载计算

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