电源管理入门-17 Power supply子系统

对于编写设备来说，电源管理更加的重要，因为电池可能很快就被用完电了。除了省电管理外，还需要对电池进行监控管理和充放电管理，这样保护好电池和系统，能用的更久。

1. Power supply框架都做些什么

这里我们以安卓为例：

• APP 层： 该部分属于电量上报的最后的环节。其主要工作是：监听系统广播并对 UI 作出相应更新，包括电池电量百分比，充电状态，低电提醒，led 指示灯，异常提醒等。
• FrameWork 层： 本层的 Battery 服务使用 Java 代码写成，运行在 FrameWork 中的SystemServer 进程。该系统服务的主要作用是：监听电池信息变化消息，并将该消息以系统广播的形式转发至 Android 系统中各处。
• Native 层： Healthd 守护进程属于 Android Native 层的一个系统服务，负责接受 Kernel Driver 层上报的 uevent 事件，对电池信息和充电状态实时监控。
• Kernel 层： 本层属于电池的驱动部分，由 Charger-manager 驱动、充电 IC 驱动、Fuel 驱动构成，负责与硬件交互，注册 Power supply 属性，并生成 uevent 上报 Native 层。包含充电状态管理、电量统计与更新。

关机充电

关机充电展讯单独启动的一个 linux 应用，通过系统调用直接读取 sysfs 来获取电池信息，init 进程会根据启动模式来启动 charge 服务，不会启动 android 相关进程。

我们这里只关注kernel层：

power supply framework在kernel/drivers/power/下。内核抽象出来power supply子系统为驱动提供了统一的框架。功能包括：

1.抽象PSY设备的共性，向用户空间提供统一的API

2.为底层PSY驱动的编写，提供简单、统一的方式。同事封装并实现公共逻辑。

power supply class位于drivers/power/目录中，主要由3部分组成（可参考下图的软件架构）：

1）power supply core，用于抽象核心数据结构、实现公共逻辑。位于drivers/power/power_supply_core.c中。

2）power supply sysfs，实现sysfs以及uevent功能。位于drivers/power/power_supply_sysfs.c中。

3）power supply leds，基于linux led class，提供PSY设备状态指示的通用实现。位于drivers/power/power_suppply_leds.c中。

最后，驱动工程师可以基于power supply class，实现具体的PSY drivers，主要处理平台相关、硬件相关的逻辑。这些drivers都位于drivers/power/目录下。

2. 相关数据结构和接口

2.1 数据结构

struct power_supply：用于抽象PSY设备

/* include/linux/power_supply.h */
struct power_supply {
	const struct power_supply_desc *desc;	//PSY描述符

	char **supplied_to;
	size_t num_supplicants;

	char **supplied_from;
	size_t num_supplies;
	struct device_node *of_node;

	/* Driver private data */
	void *drv_data;

	/* private */
	struct device dev;
	struct work_struct changed_work;
	struct delayed_work deferred_register_work;
	spinlock_t changed_lock;
	bool changed;
	bool initialized;
	bool removing;
	atomic_t use_cnt;
#ifdef CONFIG_THERMAL
	struct thermal_zone_device *tzd;
	struct thermal_cooling_device *tcd;
#endif

#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS
	struct led_trigger *charging_full_trig;
	char *charging_full_trig_name;
	struct led_trigger *charging_trig;
	char *charging_trig_name;
	struct led_trigger *full_trig;
	char *full_trig_name;
	struct led_trigger *online_trig;
	char *online_trig_name;
	struct led_trigger *charging_blink_full_solid_trig;
	char *charging_blink_full_solid_trig_name;
#endif
};

struct power_supply_desc：该描述符定义了psy的属性

/* Description of power supply */
struct power_supply_desc {
	const char *name;						//PSY name
	enum power_supply_type type;			//PSY类型
	enum power_supply_usb_type *usb_types;	//usb类型
	size_t num_usb_types;					//usb类型个数
	enum power_supply_property *properties;	//该PSY具有的属性列表
	size_t num_properties;					//属性的个数

	/*
	 * Functions for drivers implementing power supply class.
	 * These shouldn't be called directly by other drivers for accessing
	 * this power supply. Instead use power_supply_*() functions (for
	 * example power_supply_get_property()).
	 */
	int (*get_property)(struct power_supply *psy,	//用于获取psy属性的回调函数
			    enum power_supply_property psp,
			    union power_supply_propval *val);
	int (*set_property)(struct power_supply *psy,	//用于设置psy属性的回调函数
			    enum power_supply_property psp,
			    const union power_supply_propval *val);
	/*
	 * property_is_writeable() will be called during registration
	 * of power supply. If this happens during device probe then it must
	 * not access internal data of device (because probe did not end).
	 */
	int (*property_is_writeable)(struct power_supply *psy,	//返回指定的属性值是否可写（用于sysfs）
				     enum power_supply_property psp);
	void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy);	//当一个PSY设备存在并且属性发生改变时，power supply core会调用该回调函数，通知PSY driver，以便让它做出相应的处理
	void (*set_charged)(struct power_supply *psy);

	/*
	 * Set if thermal zone should not be created for this power supply.
	 * For example for virtual supplies forwarding calls to actual
	 * sensors or other supplies.
	 */
	bool no_thermal;
	/* For APM emulation, think legacy userspace. */
	int use_for_apm;
};

power_supply_battery_info：管理静态电池参数的推荐结构

2.2 接口

power_supply_core.c主要负责设备状态变化逻辑，power_supply_sysfs.c主要负责文件节点相关逻辑。

power_supply_changed：在驱动中检测到硬件状态发生变化，会通过该函数调度起psy中的changed_work。该工作队列负责发送notifier（内核内不同模块之间）和通过uevent进行change上报。

void power_supply_changed(struct power_supply *psy)
{
	unsigned long flags;

	dev_dbg(&psy->dev, "%s\n", __func__);

	spin_lock_irqsave(&psy->changed_lock, flags);
	psy->changed = true;
	pm_stay_awake(&psy->dev);
	spin_unlock_irqrestore(&psy->changed_lock, flags);
	schedule_work(&psy->changed_work);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(power_supply_changed);

power_supply_register ：通过调用__power_supply_register负责注册一个psy设备，一般在设备驱动的probe流程中调用 power_supply_get_by_name ：通过名字获取PSY指针 power_supply_put：释放获取到的PSY指针，与power_supply_get_by_name成对使用

3. 充电驱动

• Charge Manger、Fuel Gauge、Charge IC，这三部分作为独立的设备驱动均注册到 Power-supply 中，每一个设备为单独的 PSY。PSY 之间可以通过 power supply 属性相互访问。
• fuel-gauge 跟 charge-ic是服务于 charge-manger，charge-manger 不需要了解硬件细节，仅通过获取相应功能的 PSY 设备实例，通过这个 PSY 的属性获取相应信息。

3.1 Charger Manager

Charger Manager 是充电的控制策略层，主要负责：

• 修复并更新电量百分比。
• 充电流程管理(charging，notcharging，discharging，full 充电状态转换管理)。
• 安全管理(Ovp，Health，Charge Time out)。
• 温控管理（Jeita 功能，thermal 限流）。
• 电池电量显示策略（充放电曲线）。
• 电池容量管理（容量自学习功能）。

Charger Manager 以"battery"名字注册至 Power Supply 架构，会读写 Fuel Gauge 和 Charger IC 的 Power supply 属性。

charger-manager {
    compatible = "charger-manager";
    cm-name = "battery";
    cm-poll-mode = <2>; //"_cm_monitor"轮询模式
    cm-poll-interval = <15000>;//"_cm_monitor"轮询时间间隔
    cm-battery-stat = <2>;//电池在位检测方法，电压法

    cm-fullbatt-vchkdrop-ms = <30000>;//充满电后，检查复充条件的周期
    cm-fullbatt-vchkdrop-volt = <84000>;//满电后复充电压条件
    cm-fullbatt-voltage = <4350000>;//软件满电电压判断阈值，必须配置
    cm-fullbatt-current = <120000>;;//软件满电电流判断阈值，必须配置
    cm-fullbatt-capacity = <100>;//电池满电时百分比

    cm-num-chargers = <1>;//charger ic数量
    //cm-chargers = "sc2721_charger";
    cm-chargers = "fan54015_charger";//charger ic名字
    cm-fuel-gauge = "sc27xx-fgu";//fgu名字

    /* in deci centigrade */
    cm-battery-cold = <200>;
    cm-battery-cold-in-minus;
    cm-battery-hot = <800>;
    cm-battery-temp-diff = <100>;

    /* Allow charging for 6hr */
    cm-charging-max = <36000000>;
    /* recovery charging after stop charging 45min */
    cm-discharging-max = <2700000>;

    /* the interval to feed charger watchdog */
    cm-wdt-interval = <0>;

    /* drop voltage in microVolts to allow shutdown */
    cm-shutdown-voltage = <3470000>;//低电关机电压

    /* when 99% of the time is exceeded, it will be forced to 100% */
    cm-tickle-time-out = <1500>;

    /* how much time to allow capacity change */
    cm-one-cap-time = <60>;//允许电量增加1%最快时间

    /* when the safe charging voltage is exceeded, stop charging */
    cm-charge-voltage-max = <6500000>;//充电器过压保护电压阈值
    /* drop voltage in microVolts to restart charging */
    cm-charge-voltage-drop = <700000>;//复充电压条件
    //Jeita 温控策略
    cm-jeita-temp-table = <1000 1030 700000 4200000>,   //不同温度范围内的充电电流和充电截止电压
                    <1150 1180 2000000 4400000>,	   			//默认最大充电电流为2A
                    <1450 1420 2000000 4400000>,	   			//充电电压为4.35V
                    <1600 1570 700000 4200000>;

    regulator@0 {
            cm-regulator-name = "vddgen0";
            cable@0 {
                    cm-cable-name = "USB";
                    extcon = <&extcon_gpio>;
            };
    };
};

充电温控策略说明

电池温度T(℃)	充电电流 ICC(mA)	充电截止电压 VEOC(mV)
T≤0	700	4200
0<T<15	2000	4400
15≤T<45	2000	4400
45≤T<60	700	4200
T≥60	0	4200

bat: battery {
    compatible = "simple-battery";
    charge-full-design-microamp-hours = <3900000>;//电池容量uAh
    charge-term-current-microamp = <200000>;//截止充电电流
    constant_charge_voltage_max_microvolt = <4400000>;//截止充电电压
    factory-internal-resistance-micro-ohms = <115000>;//电池内阻
    voltage-min-design-microvolt = <3561000>;	//Vocv低报警电压

    //电池容量 -- 温度补偿表
    capacity-temp-table = <60 100>, <40 100>, <25 100>, <0 100>, <(-10) 80>;
    //电池内阻值 -- 温度补偿表
    resistance-temp-table = <60 60>, <40 70>, <25 100>, <0 328>, <(-20) 887>;
};

3.2 Fuel Gauge

PMIC部分主要负责：

• 库伦计电量积分
• 充电器类型获取
• 电池在位检测
• 开机电压管理
• 内阻 -- 温度，容量 -- 温度等补偿算法

sc27xx_fuel_gauge 以"sc27xx-fgu"名字注册至 Power supply 架构，提供属性给 Charger Manager 读写。

pmic_fgu: fgu@a00 {
    compatible = "sprd,sc27xx-fgu", "sprd,sc2731-fgu";
    reg = <0xa00>;
    bat-detect-gpio = <&pmic_eic 9 0>;
    nvmem-cell-names = "fgu_calib";
    nvmem-cells = <&fgu_calib>;
    io-channels = <&pmic_adc 0>, <&pmic_adc 14>, <&pmic_adc 16>;
    io-channel-names = "bat-temp", "charge-vol", "charger-cur";
    interrupt-parent = <&sc2721_pmic>;
    interrupts = <3 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    monitored-battery = <&bat>;
    sprd,calib-resistance-real = <20000>;	//库仑计芯片真实采样电阻
    sprd,calib-resistance-spec = <20000>;	//库仑计芯片规格电阻
};

3.3 Charger IC

Charger IC 主要负责以下具体内容：

• 打开/关闭充电
• 设置充电电流
• 设置截止充电电压点
• 打开/关闭 OTG

以 Fan54015 为例，将"fan54015_charger"名字注册至 Power supply 架构。提供属性给 Charger Manager读写。

&i2c3 {
   status = "okay";
   clock-frequency = <400000>;

   fan54015_chg: charger@6a {
           compatible = "fairchild,fan54015_chg";
           reg = <0x6a>;
           phys = <&hsphy>;
           monitored-battery = <&bat>;
           extcon = <&extcon_gpio>;
           vddvbus:otg-vbus {
                   regulator-name = "vddvbus";
           };
   };
};

4. 怎样基于power supply class编写PSY driver

最后从PSY driver的角度，说明一下怎么基于power supply class编写驱动：

（1）根据硬件spec，确定PSY设备具备哪些特性，并把他们和enum power_supply_property对应。

（2）根据实际情况，实现这些properties的get/set接口。

（3）定义一个struct power_supply 变量，并初始化必要字段后，调用power_supply_register或者power_supply_register_no_ws，将其注册到kernel中。

（4）根据实际情况，启动设备属性变化的监控逻辑，例如中断，轮询等，并在发生改变时，调用power_supply_changed，通知power suopply core。

power supply子系统的引入 以市面上一款常见的的平板方案来看一看，进入平板的sys/class/power_supply/目录下

可以看到这里有三个****PSY 设备，分别对应 USB 充电器 DC 充电器，和电池。

进入battery目录下，发现下面有各种各样的属性，另外两个atc260x-usb 、atc260x-wall目录下分别也是这样。 然后在内核中找到对应的代码，进行学习，然后仿制一个出来就可以。 以battery 驱动为例来分析。

1. static int __init atc260x_gauge_init(void)
2. atc260x_gauge_probe(struct platform_device *pdev)
3. soc_post_process(struct atc260x_gauge_info *info)
4. power_supply_register(struct device *parent, struct power_supply *psy)
5. power_supply_changed(struct power_supply *psy)

在相关的函数上打点断点，然后就可以学习了。

参考资料：

1. blog.csdn.net/Numeral_Lif...
2. blog.csdn.net/weixin_4637...

后记：

Linux内核博大精深，里面的机制太多了，不调试或者工作涉及根本学不精。可以了解了解概念和数据结构。遇到了先调试，必须知道了再去查资料研究，学不完，根本学不完。。。

干啥都能干，干啥啥不是，

专业入门劝退，堪称程序员杂家"。

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