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:

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

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​

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