tegra3 CPU auto hotplug和Big/little switch工作的基本原理

by 宋宝华

在《Tegra3 vSMP架构Android运行时CPU热插拔及高低功耗CPU切换》一文中我们通过运行华硕平板电脑看出来tegra3的dvfs结合了CPU热插拔和G/LP core cluster之间的切换，本文从代码角度分析其运行机理。

tegra3是典型的BIG/LITTLE模式，4个G core（高性能，高功耗）加上1个LP core（低性能，低功耗）。运行过程中，我们会发现4个G core会动态热插拔，而4个G core和1个LP core之间，会根据运行负载进行cluster切换。这一部分都是在内核里面实现，和tegra的cpufreq驱动（DVFS驱动）紧密关联。相关代码可见于

http://nv-tegra.nvidia.com/gitweb/?p=linux-2.6.git;a=tree;f=arch/arm/mach-tegra;h=e5d1ff22f5c5629f3c8078e1db308a4b45fa382e;hb=rel-14r7

相关代码未见于LKML和kernel org。

如何判断自己是什么core

每个core都可以通过调用is_lp_cluster()来判断当前执行CPU是LP还是G处理器：

static inline unsigned int is_lp_cluster(void)

{

        unsignedint reg;

        reg =readl(FLOW_CTRL_CLUSTER_CONTROL);

        return (reg& 1); /* 0 == G, 1 == LP*/

}

即读FLOW_CTRL_CLUSTER_CONTROL寄存器判断出来自己是G core还是LP core。

G core和LP core cluster的切换时机

[场景1]何时从LP切换给G：当前执行于LPcluster，cpufreq驱动判断出LP需要升频率超过高值门限，即TEGRA_HP_UP：

        caseTEGRA_HP_UP:

                if(is_lp_cluster() && !no_lp) {

                       if(!clk_set_parent(cpu_clk, cpu_g_clk)) {

                               hp_stats_update(CONFIG_NR_CPUS, false);

                               hp_stats_update(0, true);

                                /* catch-upwith governor target speed */

                               tegra_cpu_set_speed_cap(NULL);

                       }  

[场景2]何时从G切换给LP：当前执行于Gcluster，cpufreq驱动判断出某G core需要降频率到小于低值门限，即TEGRA_HP_DOWN，且最慢的CPUID不小于nr_cpu_ids（实际上代码逻辑跟踪等价于只有CPU0还活着）：

        caseTEGRA_HP_DOWN:

                cpu= tegra_get_slowest_cpu_n();

                if(cpu < nr_cpu_ids) {

                       ...

                }else if (!is_lp_cluster() && !no_lp) {

                       if(!clk_set_parent(cpu_clk, cpu_lp_clk)) {

                               hp_stats_update(CONFIG_NR_CPUS, true);

                               hp_stats_update(0, false);

                                /* catch-upwith governor target speed */

                               tegra_cpu_set_speed_cap(NULL);

                       } else

                               queue_delayed_work(

                                       hotplug_wq, &hotplug_work, down_delay);

               }  

               break;

切换实际上就发生在clk_set_parent()更改CPU的父时钟里面，这部分代码写地比较丑，1个函数完成n个功能，实际不仅切换了时钟，还切换了G和LP cluster：

clk_set_parent(cpu_clk, cpu_lp_clk) ->

tegra3_cpu_cmplx_clk_set_parent(structclk *c, struct clk *p) ->

tegra_cluster_control(unsignedint us, unsigned int flags) ->

tegra_cluster_switch_prolog()-> tegra_cluster_switch_epilog()

G core动态热插拔

何时进行G core的动态plug和unplug：

[场景3]

1.当前执行于G cluster，cpufreq驱动判断出某Gcore需要降频率到小于低值门限，即TEGRA_HP_DOWN，且最慢的CPUID小于nr_cpu_ids（实际上等价于还有2个或2个以上的G core活着）,关闭最慢的CPU，留意tegra_get_slowest_cpu_n()不会返回0，意味着CPU0要么活着，要么切换给LP（对应场景2）：

        caseTEGRA_HP_DOWN:

                cpu= tegra_get_slowest_cpu_n();

                if(cpu < nr_cpu_ids) {

                       up = false;

                       queue_delayed_work(

                                hotplug_wq,&hotplug_work, down_delay);

                       hp_stats_update(cpu, false);

                }

[场景4]

2.当前执行于G cluster，cpufreq驱动判断出某Gcore需要设置频率大于高值门限，即TEGRA_HP_UP，如果负载平衡状态为TEGRA_CPU_SPEED_BALANCED，再开一个core；如果状态为TEGRA_CPU_SPEED_SKEWED，则关一个core。TEGRA_CPU_SPEED_BALANCED的含义是当前所有Gcore要求的频率都高于最高频率的50%，TEGRA_CPU_SPEED_SKEWED的含义是当前至少有2个Gcore要求的频率低于门限的25%，即CPU 频率的要求在各个core间有倾斜。

        caseTEGRA_HP_UP:

                if(is_lp_cluster() && !no_lp) {

                        ...

                }else {

                       switch (tegra_cpu_speed_balance()) {

                       /* cpu speed is up and balanced - one more on-line */

                       case TEGRA_CPU_SPEED_BALANCED:

                               cpu =cpumask_next_zero(0, cpu_online_mask);

                                if (cpu <nr_cpu_ids) {

                                        up =true;

                                       hp_stats_update(cpu, true);

                               }

                                break;

                       /* cpu speed is up, but skewed - remove one core */

                       case TEGRA_CPU_SPEED_SKEWED:

                                cpu =tegra_get_slowest_cpu_n();

                                if (cpu < nr_cpu_ids) {

                                        up =false;

                                       hp_stats_update(cpu, false);

                                }

                                break;

                       /* cpu speed is up, butunder-utilized - do nothing */

                       case TEGRA_CPU_SPEED_BIASED:

                       default:

                                break;

                       }

                }

上述代码中TEGRA_CPU_SPEED_BIASED路径的含义是有1个以上Gcore的频率低于最高频率的50%但是未形成SKEWED条件，即只是“BIASED”，还没有达到“SKEWED”的程度，所以暂时什么都不做。