如何在 Linux 驱动中进行电源管理？例如，实现设备的休眠和唤醒功能。

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如何在 Linux 驱动中进行电源管理？例如，实现设备的休眠和唤醒功能。

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在 Linux 驱动中实现电源管理（如设备休眠和唤醒）需要结合内核的 Runtime Power Management (Runtime PM) 和 System Suspend/Resume 机制。以下是详细的实现步骤和代码示例：

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1. 核心概念

• Runtime PM：动态管理设备空闲时的电源状态（如关闭时钟、降低频率）。
• System Suspend/Resume：系统级挂起（如睡眠模式）和恢复。
• Wakeup Source：设备通过中断唤醒系统（如按键、网络事件）。

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2. 实现步骤

(1) 注册电源管理回调函数

在驱动的 file_operations 或设备树节点中注册 suspend 和 resume 回调：

#include <linux/pm.h>

static int my_device_suspend(struct device *dev)
{
    // 关闭设备时钟、禁用中断等
    disable_irq(dev->irq);
    clk_disable_unprepare(my_clk);
    printk(KERN_INFO "Device suspended\n");
    return 0;
}

static int my_device_resume(struct device *dev)
{
    // 重新启用中断、启动时钟等
    enable_irq(dev->irq);
    clk_prepare_enable(my_clk);
    printk(KERN_INFO "Device resumed\n");
    return 0;
}

static const struct dev_pm_ops my_pm_ops = {
    .suspend = my_device_suspend,
    .resume = my_device_resume,
    .freeze = my_device_suspend,   // 用于 hibernation
    .thaw = my_device_resume,      // 用于 hibernation
};

(2) 绑定电源管理操作

在驱动初始化时，将 dev_pm_ops 绑定到设备：

static struct platform_driver my_driver = {
    .probe = my_device_probe,
    .remove = my_device_remove,
    .driver = {
        .name = "my_device",
        .pm = &my_pm_ops,          // 绑定电源管理
    },
};

(3) 启用 Runtime PM

在设备探测时启用运行时电源管理：

static int my_device_probe(struct platform_device *pdev)
{
    pm_runtime_enable(&pdev->dev);  // 启用 Runtime PM
    return 0;
}

static int my_device_remove(struct platform_device *pdev)
{
    pm_runtime_disable(&pdev->dev); // 禁用 Runtime PM
    return 0;
}

(4) 处理唤醒源

若设备需要唤醒系统，需配置中断和唤醒能力：

static irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    // 处理中断事件
    printk(KERN_INFO "Interrupt occurred, waking up device\n");
    return IRQ_HANDLED;
}

static int my_device_probe(struct platform_device *pdev)
{
    // 注册中断
    int irq = platform_get_irq(pdev, 0);
    request_irq(irq, my_irq_handler, IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_NO_SUSPEND, "my_irq", dev);

    // 标记设备支持唤醒
    device_set_wakeup_capable(&pdev->dev, true);
    device_set_wakeup_enable(&pdev->dev, true); // 启用唤醒功能

    return 0;
}

(5) 用户空间控制

通过 sysfs 接口手动控制电源状态：

# 查看设备电源状态
cat /sys/devices/platform/my_device/power/runtime_status

# 强制挂起设备（Runtime PM）
echo suspend > /sys/devices/platform/my_device/power/control

# 触发系统挂起
echo mem > /sys/power/state

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3. 关键 API 和机制

(1) Runtime PM API

• pm_runtime_enable(dev)：启用运行时电源管理。
• pm_runtime_get(dev)：增加设备引用计数，阻止休眠。
• pm_runtime_put(dev)：减少引用计数，允许休眠。

(2) 系统挂起/恢复

• device_suspend() 和 device_resume()：内核内部调用的回调。
• 用户触发挂起：systemctl suspend 或 echo mem > /sys/power/state。

(3) 唤醒源配置

• irq_set_irq_wake(irq, 1)：标记中断为唤醒源。
• device_set_wakeup_enable(dev, true)：启用设备唤醒能力。

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4. 调试与验证

(1) 查看电源状态

# 查看系统电源状态
cat /sys/power/state

# 查看设备 Runtime PM 状态
cat /sys/devices/platform/my_device/power/runtime_status

(2) 测试挂起/唤醒

# 挂起系统
sudo bash -c "echo mem > /sys/power/state"

# 唤醒后检查设备日志
dmesg | grep "Device resumed"

(3) 检查唤醒源

# 查看哪些设备触发了唤醒
cat /proc/acpi/wakeup

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5. 常见问题与解决

(1) 设备无法唤醒系统

• 原因：未正确配置唤醒源或中断未标记为唤醒。
• 解决：

  irq_set_irq_wake(irq, 1);          // 在驱动中标记中断为唤醒源
  device_set_wakeup_enable(dev, true);
  

(2) 挂起后设备未恢复

• 原因：resume 回调未正确重新初始化硬件。
• 解决：在 resume 中恢复寄存器、时钟和中断状态。

(3) Runtime PM 自动挂起失效

• 原因：未正确调用 pm_runtime_get/put。
• 解决：在设备活动时调用 pm_runtime_get()，空闲时调用 pm_runtime_put()。

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6. 高级配置

(1) 自定义电源状态

通过 device_add锦标赛 定义复杂电源状态（如低功耗模式）。

(2) 异步挂起/恢复

使用 pm_runtime_set_autosuspend_delay() 设置自动挂起延迟。

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总结

实现 Linux 驱动的电源管理需结合 Runtime PM 和 System Suspend/Resume，核心步骤包括：

1. 注册 suspend/resume 回调。
2. 启用 Runtime PM 并管理设备引用计数。
3. 配置唤醒源（中断和设备能力）。
4. 通过 sysfs 或用户命令测试电源状态。

通过合理设计，可显著降低设备功耗并提升系统能效。