驱动开发硬核特训 │ Regulator 子系统全解

一、Regulator子系统概述

在 Linux 内核中，Regulator 子系统 是专门用于管理电源开关、电压调整、电流控制的一套完整框架。

它主要解决以下问题：

• 设备需要的电压通常不一样，如何动态调整？
• 有些设备休眠时需要关闭供电，如何优雅关闭？
• 开机、关机过程中如何统一管理电源状态？

所以：

Regulator 子系统就是在操作系统级别，统一管理设备电源的控制系统。

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二、架构总览

Regulator 子系统可以划分为三层：

层次	功能	说明
用户接口层	提供 API 给驱动使用	regulator_get，regulator_enable 等
Core 管理层	通用管理逻辑	电压、电流调整，状态记录
硬件驱动层	具体硬件操作	PMIC、LDO、BUCK 等硬件控制

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三、基础概念

什么是 LDO？

• 全称：Low Dropout Regulator（低压差线性稳压器）
• 特点：输入电压与输出电压很接近，效率中等。
• 应用：为噪声敏感器件供电，比如模拟电路、音频设备。

什么是 BUCK？

• 全称：Buck Converter（降压开关稳压器）
• 特点：输入电压高，输出电压低；效率高（通常 > 90%）。
• 应用：为CPU、GPU、大电流设备供电。

总结：

类型	特点	应用场景
LDO	简单、低噪声、低压差	模拟电路、摄像头
BUCK	高效率、大电流	CPU、GPU、DDR

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四、设备树中如何描述 Regulator

设备树基本结构示例

reg_pcie0: regulator-pcie {
    compatible = "regulator-fixed";
    regulator-name = "MPCIE_3V3";
    regulator-min-microvolt = <3300000>;
    regulator-max-microvolt = <3300000>;
    gpio = <&gpio2 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    enable-active-high;
    regulator-always-on;
};

字段说明：

属性	含义
compatible	类型（如固定电压 regulator）
regulator-name	名称
regulator-min-microvolt / max-microvolt	输出电压范围
gpio	控制供电开关的 GPIO
enable-active-high	高电平有效
regulator-always-on	系统上电后始终开启

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五、设备如何使用 Regulator

以 PCIe 控制器为例：

&pcie {
    vpcie-supply = <&reg_pcie0>;
    status = "okay";
};

• vpcie-supply 指向一个 Regulator 节点
• 驱动中调用 regulator_get() 自动获得供电控制
• 调用 regulator_enable() 实际使能电源

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六、Regulator 核心 API 讲解

函数	作用
regulator_get(dev, id)	获取 regulator 句柄
regulator_enable(regulator)	使能供电
regulator_disable(regulator)	禁用供电
regulator_set_voltage(regulator, min_uV, max_uV)	设置电压
regulator_put(regulator)	释放 regulator

示例代码：

struct regulator *vpcie;

vpcie = regulator_get(dev, "vpcie");
if (IS_ERR(vpcie))
    return PTR_ERR(vpcie);

regulator_enable(vpcie);

/* 使用完毕后关闭 */
regulator_disable(vpcie);
regulator_put(vpcie);

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七、核心结构体分析

struct regulator_desc

描述一个 regulator：

struct regulator_desc {
    const char *name;
    const char *supply_name;
    int id;
    struct regulator_ops *ops;
    const struct regulator_init_data *init_data;
};

说明：

• name：名字
• supply_name：上游供电来源（可选）
• ops：具体实现函数，比如 enable，disable
• init_data：初始化时的默认配置

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八、pca9450 PMIC中的 Regulator 实际例子

static const struct regulator_desc pca9450_descs[] = {
    {
        .name = "pca9450-buck1",
        .id = PCA9450_BUCK1,
        .of_match = of_match_ptr("buck1"),
        .regulators_node = of_match_ptr("regulators"),
        ...
    },
    ...
};

设备树描述：

pmic@25 {
    regulators {
        buck1: BUCK1 {
            regulator-name = "BUCK1";
            regulator-min-microvolt = <600000>;
            regulator-max-microvolt = <2187500>;
        };
    };
};

对应关系：

• pca9450-buck1 → BUCK1
• Linux自动绑定，根据 of_match_ptr 来识别。

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九、LDO 和 BUCK 在驱动中的差异

特性	LDO	BUCK
工作原理	线性压降	开关电源降压
效率	中等	高效（>90%）
噪声	低	相对高
电流能力	小	大
控制接口	通过简单寄存器开关	更复杂，需要设置模式

通常：

• 音频、传感器使用 LDO
• CPU、GPU 使用 BUCK

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十、在实际驱动 probe 中应用

例如 PCIe 控制器 probe：

static int pcie_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct regulator *vpcie;

    vpcie = devm_regulator_get(&pdev->dev, "vpcie");
    if (IS_ERR(vpcie))
        return PTR_ERR(vpcie);

    regulator_enable(vpcie);

    /* 继续初始化其他部分 */

    return 0;
}

特点：

• devm_regulator_get：自动跟随设备生命周期，无需手动释放
• regulator_enable：启用电源

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十一、总结：Regulator 子系统的重要性

层次	作用
硬件	提供真实电源（LDO/BUCK/PMIC）
Regulator 驱动层	将硬件能力抽象成标准接口
Regulator Core	通用电源管理，提供一致性
设备驱动	简单调用，无需关心细节

正因为有了 Regulator 框架，Linux 设备驱动可以做到：

• 开机动态供电
• 按需调整电压
• 休眠省电自动关电
• 简化代码，提高移植性

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十二、常见问题答疑

1. Regulator 和 Power Domain 是什么关系？

• Power Domain：逻辑域，策略控制（比如整个 GPU 电源域）
• Regulator：物理供电开关（实际高低电压操作）

两者配合使用：

• power-domain 负责组织谁需要上电；
• regulator 负责真正把电压拉起来。

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十三、附：Regulator 调试技巧

1. 内核启动打印 regulator 状态：

dmesg | grep regulator

2. 动态调节某个 regulator 电压（需要接口支持）：

regulator_set_voltage(vreg, 1800000, 1800000);

3. 查看设备树中 regulator 节点是否正确绑定。

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📌 结语

理解 Regulator 子系统是迈向电源管理高手的第一步。掌握好它，未来在调试 PMIC、电源设计、功耗优化时，都能得心应手。