Android thermal (5)_cooling device（下）

只想搞钱的肥仔2025-10-20 16:26

前言

接上一篇文章，基于kernel-6.6，在thermal子目录下可以看到cpufreq_cooling、cpuidle_cooling、devfreq_cooling几种 cooling device 对象的实现，概括一下：

  • cpufreq_cooling：把"冷却状态（cooling state）"映射到 CPU 频率限制（通过 cpufreq / PM QoS / EM），用于用降频来被动散热或按照"功率预算"分配频率。

  • cpuidle_cooling：用 idle injection（模拟/增加空闲时间）来让 CPU 更"空闲"以减少功耗和热量；状态以 0...100% 的注入比表示。适合能在运行时注入空闲的 platform/cluster。

  • devfreq_cooling：把冷却状态映射到 devfreq 设备的频率（通过 PM QoS 限制或直接设置 devfreq），用于对 GPU、NPU、bus 等非-CPU 设备做频率/功耗限速。也可使用 Energy Model（EM）来估算频率→功耗映射。

1 devfreq_cooling

为 devfreq 设备创建一个 thermal cooling device，使 thermal 子系统（或 power-type governor）能以"频率限制"或"功率预算"方式控制该设备，从而调节设备发热与系统温度。实现既支持 Energy Model (EM)/OPP 下的精确功率映射，也向后兼容没有 EM 的情况（通过 OPP 表生成频率表）

1.1 数据结构

1.1.1 devfreq_cooling_power

Linux 内核中 struct devfreq_cooling_power 的成员 get_real_power，它与 Devfreq 的热管理和功耗管理相关。

c 复制代码 
struct devfreq_cooling_power {
	int (*get_real_power)(struct devfreq *df, u32 *power,
			      unsigned long freq, unsigned long voltage);
};
  • 用途：提供设备在当前状态下的 真实功耗，用于 Devfreq 的热管理和功耗控制。
  • get_real_power 成员函数，驱动可选实现：
    （1）如果实现 → 框架调用它获取更准确的功耗。
    （2）如果没实现 → 框架用表格+利用率计算功耗。

1.1.2 devfreq_cooling_device

c 复制代码 
/**
 * struct devfreq_cooling_device - Devfreq cooling device
 *		devfreq_cooling_device registered.
 * @cdev:	Pointer to associated thermal cooling device.
 * @cooling_ops: devfreq callbacks to thermal cooling device ops
 * @devfreq:	Pointer to associated devfreq device.
 * @cooling_state:	Current cooling state.
 * @freq_table:	Pointer to a table with the frequencies sorted in descending
 *		order.  You can index the table by cooling device state
 * @max_state:	It is the last index, that is, one less than the number of the
 *		OPPs
 * @power_ops:	Pointer to devfreq_cooling_power, a more precised model.
 * @res_util:	Resource utilization scaling factor for the power.
 *		It is multiplied by 100 to minimize the error. It is used
 *		for estimation of the power budget instead of using
 *		'utilization' (which is	'busy_time' / 'total_time').
 *		The 'res_util' range is from 100 to power * 100	for the
 *		corresponding 'state'.
 * @capped_state:	index to cooling state with in dynamic power budget
 * @req_max_freq:	PM QoS request for limiting the maximum frequency
 *			of the devfreq device.
 * @em_pd:		Energy Model for the associated Devfreq device
 */
struct devfreq_cooling_device {
	// thermal core -> cooling device虚拟结构 -> devfreq_cooling_device 调用链的绑定
	struct thermal_cooling_device *cdev; // cooling device对象
	// cooling_device 的具体操作函数集
	struct thermal_cooling_device_ops cooling_ops; 
	struct devfreq *devfreq; // 关联的 devfreq 设备（实际硬件抽象）
	unsigned long cooling_state; // 状态值
	u32 *freq_table; // 频率表（降序），当没有 EM 时使用。
	size_t max_state; // 最大 state（索引形式，num_opps - 1）。
	struct devfreq_cooling_power *power_ops; // 可选的 driver 提供的"实际功率"函数集合（get_real_power 等）。
	u32 res_util; // 资源利用率缩放因子（用于功率估算/缩放，见 SCALE_ERROR_MITIGATION）
	int capped_state; // 在 power → state 估算中记录的 cap state。
	struct dev_pm_qos_request req_max_freq; // PM-QoS 请求句柄，用来下发最大频率限制（dev_pm_qos_add_request / dev_pm_qos_update_request）。
	struct em_perf_domain *em_pd; // Energy Model domain（如果存在），用于频率↔功率的准确映射。
};

1.2 关键函数

1.2.1 函数注册/卸载

从头文件定义中可以看到函数注册、卸载的定义。需要配置 CONFIG_DEVFREQ_THERMAL。

c 复制代码 
#ifdef CONFIG_DEVFREQ_THERMAL

struct thermal_cooling_device *
of_devfreq_cooling_register_power(struct device_node *np, struct devfreq *df,
				  struct devfreq_cooling_power *dfc_power);
struct thermal_cooling_device *
of_devfreq_cooling_register(struct device_node *np, struct devfreq *df);
struct thermal_cooling_device *devfreq_cooling_register(struct devfreq *df);
void devfreq_cooling_unregister(struct thermal_cooling_device *dfc);
struct thermal_cooling_device *
devfreq_cooling_em_register(struct devfreq *df,
			    struct devfreq_cooling_power *dfc_power);

#else /* !CONFIG_DEVFREQ_THERMAL */

其中有多种类型的 register 函数，简单归结一下，执行关系如下：

① devfreq_cooling_register → of_devfreq_cooling_register → of_devfreq_cooling_register_power

② devfreq_cooling_em_register → of_devfreq_cooling_register_power

以下分三个部分解析：

devfreq_cooling_register
（1）devfreq_cooling_register(struct devfreq *df)

作用：

最基础的接口，不依赖 Device Tree。直接在 驱动代码里调用，为一个 devfreq 设备注册 cooling device。只支持"频率状态"型的 cooling device（没有功率模型）。

调用场景：

设备驱动想手动把自己的 devfreq 设备挂到 thermal 框架，不依赖 DT 描述。常见于非 DT 平台，或者驱动自行管理 cooling 注册。

c 复制代码 
/**
 * devfreq_cooling_register() - Register devfreq cooling device.
 * @df: Pointer to devfreq device.
 */
struct thermal_cooling_device *devfreq_cooling_register(struct devfreq *df)
{
	return of_devfreq_cooling_register(NULL, df);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(devfreq_cooling_register);
（2）of_devfreq_cooling_register(struct device_node *np, struct devfreq *df)

作用：

和上一个类似，但 不提供功率模型。cooling device 只能实现最基本的 get_max_state / get_cur_state / set_cur_state，仅支持用"频率级别"来限制设备频率。

调用场景：

平台代码想用 devfreq 设备作为 cooling device，但 不需要精确的功率控制，只需要限制频率。比如某些 GPU、总线频率调节。

c 复制代码 
/**
 * of_devfreq_cooling_register() - Register devfreq cooling device,
 *                                with OF information.
 * @np: Pointer to OF device_node.
 * @df: Pointer to devfreq device.
 */
struct thermal_cooling_device *
of_devfreq_cooling_register(struct device_node *np, struct devfreq *df)
{
	return of_devfreq_cooling_register_power(np, df, NULL);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(of_devfreq_cooling_register);
devfreq_cooling_em_register

作用：

devfreq_cooling_em_register(struct devfreq *df, struct devfreq_cooling_power *dfc_power) 将一个 devfreq 设备注册为 thermal cooling device（热管理冷却设备），并尝试为它注册 Energy Model (EM)。dfc_power 携带能量模型信息，可以用 EM 来做频率/功率映射。用于让 cooling device 和 kernel 的 EM 框架配合，实现更精确的能耗/热管理。

参数说明：
df ：指向需要注册为冷却器的 devfreq 设备。
dfc_power：指向 devfreq_cooling_power 结构体，如果代码提供了实现，则会在注册时绑定功耗信息（用于 EM）。

调用场景：

当 devfreq 设备支持 EM（比如 GPU、NPU），驱动就可以用这个接口注册 cooling device。governor（比如 power_allocator）就能用 EM 表来估算功率，分配预算更合理。

函数注释解析：

  • 自动注册 Energy Model（EM）：
    函数会尝试调用 dev_pm_opp_of_register_em() 注册设备的 EM。
    EM 用于功耗建模，为 devfreq 的 DVFS（动态电压频率调整）提供能耗数据。
  • 关于可用 OPPs（Operating Performance Points）：
    EM 注册需要设备已经注册了 OPP 表，否则无法正常计算功耗。
  • 关于 dfc_power：
    如果提供，会注册功耗扩展。
    使用简单 EM 模型，需要设备树中 dynamic-power-coefficient 属性。
    如果 EM 注册失败，不会导致整个冷却器注册失败（兼容那些没有 DT 属性的驱动）。
c 复制代码 
/**
 * devfreq_cooling_em_register() - Register devfreq cooling device with
 * 	power information and automatically register Energy Model (EM)
 * @df:		Pointer to devfreq device.
 * @dfc_power:	Pointer to devfreq_cooling_power.
 *  * Register a devfreq cooling device and automatically register EM. The
 * available OPPs must be registered for the device.
 *  * If @dfc_power is provided, the cooling device is registered with the
 * power extensions. It is using the simple Energy Model which requires
 * "dynamic-power-coefficient" a devicetree property. To not break drivers
 * which miss that DT property, the function won't bail out when the EM
 * registration failed. The cooling device will be registered if everything
 * else is OK.
 */
struct thermal_cooling_device *
devfreq_cooling_em_register(struct devfreq *df,
			    struct devfreq_cooling_power *dfc_power)
{
	struct thermal_cooling_device *cdev;
	struct device *dev;
	int ret;

	// 先检查输入参数 df 是否为 NULL 或错误指针，如果是，返回错误。
	if (IS_ERR_OR_NULL(df))
		return ERR_PTR(-EINVAL);

	// 获取 devfreq 对应的 父设备（通常是 SoC 内部的硬件设备）。
	// df->dev 本身是 devfreq 的 device 结构，这里取 parent 通常是平台设备
	dev = df->dev.parent;

	ret = dev_pm_opp_of_register_em(dev, NULL);
	if (ret)
		dev_dbg(dev, "Unable to register EM for devfreq cooling device (%d)\n",
			ret);

	// of_devfreq_cooling_register_power: 调用 Energy Model 注册函数
	// dev->of_node：设备树节点； df：对应 devfreq 设备； dfc_power：功耗数据，真实操作get函数
	cdev = of_devfreq_cooling_register_power(dev->of_node, df, dfc_power);

	// 如果冷却器注册失败，撤销之前的 EM 注册，保证状态一致性
	if (IS_ERR_OR_NULL(cdev))
		em_dev_unregister_perf_domain(dev);

	return cdev;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(devfreq_cooling_em_register);

【注】dev->of_node 解析

  • 类型：struct device_node *
  • 来源：
    ① 设备树（Device Tree）节点，用于描述硬件设备信息。
    ② dev->of_node 指向设备对应的设备树节点。
  • 用途：
    ① 获取硬件属性：比如 reg, clocks, gpios, dynamic-power-coefficient 等。
    ② 平台设备初始化：驱动通过 of_node 获取硬件配置。
    ③ 注册 thermal cooling device：在 of_devfreq_cooling_register_power() 中，使用 of_node 获取功耗相关的 DT 属性（如 OPP 表、EM 参数）。

示例

c 复制代码 
cpu0: cpu@0 {
    compatible = "arm,cortex-a76";
    reg = <0x0 0x0 0x0 0x0>;
    clocks = <&clk_cpu>;
    dynamic-power-coefficient = <10>;
};

dev->of_node 就指向 cpu@0 节点，驱动可以通过它获取 dynamic-power-coefficient。

of_devfreq_cooling_register_power

作用：

注册一个 devfreq cooling device，同时可以绑定 设备树节点（OF node） 和 功耗信息。

通过 Device Tree 节点 np 注册 devfreq cooling device，并且指定一个 功率模型（dfc_power）。这个功率模型提供了频率/电压与功率的映射，用于支持 power allocator governor。

参数说明：
device_node *np ：设备树节点指针，对应设备硬件信息。
devfreq *df ：devfreq 设备指针。
devfreq_cooling_power *dfc_power：功耗信息指针，如果提供则绑定功耗数据。

调用场景：

平台代码在解析设备树时调用，用来为 devfreq 设备创建 cooling device。如果 thermal zone 在 DT 中绑定了这个节点，thermal core 会自动连接。

关键点：

有功率模型 → cooling device 就能实现 power2state() / state2power() 接口， governor 就能用"功率预算"直接分配给它。

c 复制代码 
/**
 * of_devfreq_cooling_register_power() - Register devfreq cooling device,
 *                                      with OF and power information.
 * @np:	Pointer to OF device_node.
 * @df:	Pointer to devfreq device.
 * @dfc_power:	Pointer to devfreq_cooling_power.
 *
 * Register a devfreq cooling device.  The available OPPs must be
 * registered on the device.
 *
 * If @dfc_power is provided, the cooling device is registered with the
 * power extensions.  For the power extensions to work correctly,
 * devfreq should use the simple_ondemand governor, other governors
 * are not currently supported.
 */
struct thermal_cooling_device *
of_devfreq_cooling_register_power(struct device_node *np, struct devfreq *df,
				  struct devfreq_cooling_power *dfc_power)
{
	struct thermal_cooling_device *cdev; // 定义 cooling device 对象
	struct device *dev = df->dev.parent; // 获取 devfreq 对应的 父设备
	struct devfreq_cooling_device *dfc; // 内部保存 cooling device 的 devfreq 相关信息
	struct em_perf_domain *em; // 指向 Energy Model（EM）的性能域，提供功耗和频率对应关系
	struct thermal_cooling_device_ops *ops; // thermal cooling device 的操作接口
	char *name;
	int err, num_opps;


	dfc = kzalloc(sizeof(*dfc), GFP_KERNEL); // 为 devfreq_cooling_device 分配内存
	if (!dfc)
		return ERR_PTR(-ENOMEM);

	dfc->devfreq = df; // 关联 devfreq 设备，由参数传入

	ops = &dfc->cooling_ops; // 初始化 ops 接口
	// >>>>>>>>>> start: 设置 thermal cooling device 的基本接口函数
	// 对标这个结构体 thermal_cooling_device_ops
	ops->get_max_state = devfreq_cooling_get_max_state;
	ops->get_cur_state = devfreq_cooling_get_cur_state;
	ops->set_cur_state = devfreq_cooling_set_cur_state;

	// 尝试绑定 Energy Model
	em = em_pd_get(dev);
	if (em && !em_is_artificial(em)) {
		dfc->em_pd = em; // 绑定 EM 性能域 em_pd
		// 添加功耗接口函数
		ops->get_requested_power =
			devfreq_cooling_get_requested_power;
		ops->state2power = devfreq_cooling_state2power;
		ops->power2state = devfreq_cooling_power2state;
		// 设置 thermal cooling device 的基本接口函数 >>>>>>>>>> end
		dfc->power_ops = dfc_power;
        // 获取 OPP 数量
		num_opps = em_pd_nr_perf_states(dfc->em_pd);
	} else {
		/* Backward compatibility for drivers which do not use IPA */
		dev_dbg(dev, "missing proper EM for cooling device\n");
        // 获取 OPP 数量
		num_opps = dev_pm_opp_get_opp_count(dev);
        // 生成冷却器内部 freq 表（devfreq_cooling_gen_tables()）
		err = devfreq_cooling_gen_tables(dfc, num_opps);
		if (err)
			goto free_dfc;
	}

	// 检查 OPP 数量
	if (num_opps <= 0) {
		err = -EINVAL;
		goto free_dfc;
	}

	/* max_state is an index, not a counter */
	// max_state 是状态 索引，所以是 num_opps - 1
	dfc->max_state = num_opps - 1;

	// PM QoS 用于动态管理最大频率，确保 cooling device 调节频率时可以通过 PM QoS 接口生效
	err = dev_pm_qos_add_request(dev, &dfc->req_max_freq,
				     DEV_PM_QOS_MAX_FREQUENCY,
				     PM_QOS_MAX_FREQUENCY_DEFAULT_VALUE);
	if (err < 0)
		goto free_table;

	err = -ENOMEM;
	// 为 cooling device 创建唯一名字，例如 devfreq-cpu0
	name = kasprintf(GFP_KERNEL, "devfreq-%s", dev_name(dev));
	if (!name)
		goto remove_qos_req;

	// 调用 thermal framework 的 thermal_of_cooling_device_register() 注册 cooling device
	// np：设备树节点，用于读取硬件信息和属性。
	// name：设备名。
	// dfc：devfreq_cooling_device。
	// ops：接口函数。
	cdev = thermal_of_cooling_device_register(np, name, dfc, ops);
	kfree(name);

	if (IS_ERR(cdev)) {
		err = PTR_ERR(cdev);
		dev_err(dev,
			"Failed to register devfreq cooling device (%d)\n",
			err);
		goto remove_qos_req; // 注册失败则回滚 PM QoS 请求
	}

	dfc->cdev = cdev;

	return cdev;

remove_qos_req:
	dev_pm_qos_remove_request(&dfc->req_max_freq);
free_table:
	kfree(dfc->freq_table); // 回收 freq_table
free_dfc:
	kfree(dfc); // 回收 dfc 内存

	return ERR_PTR(err);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(of_devfreq_cooling_register_power);

【归纳】

函数 是否依赖 DT 是否有功率模型 主要使用者
of_devfreq_cooling_register_power ✅ ✅ 平台代码 + DT + power governor
of_devfreq_cooling_register ✅ ❌ 平台代码 + DT，只需频率限制
devfreq_cooling_register ❌ ❌ 驱动手动注册（非 DT 平台）
devfreq_cooling_em_register ❌ ✅ 支持 EM（Energy Model） 的 devfreq 驱动

1.2.2 操作函数ops

cooling device的操作函数，映射到 devfreq cooling中，如下：

c 复制代码 
struct thermal_cooling_device_ops {
	int (*get_max_state) (struct thermal_cooling_device *, unsigned long *);
	// --> devfreq_cooling_get_max_state(struct thermal_cooling_device *cdev, unsigned long *state)

	int (*get_cur_state) (struct thermal_cooling_device *, unsigned long *);
	// --> devfreq_cooling_get_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev, unsigned long *state)
	
	int (*set_cur_state) (struct thermal_cooling_device *, unsigned long);
	// --> devfreq_cooling_set_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev, unsigned long state)
	
	int (*get_requested_power)(struct thermal_cooling_device *, u32 *);
	// --> devfreq_cooling_get_requested_power(struct thermal_cooling_device *cdev, u32 *power)
	
	int (*state2power)(struct thermal_cooling_device *, unsigned long, u32 *);
	// --> devfreq_cooling_state2power(struct thermal_cooling_device *cdev, unsigned long state, u32 *power)
	
	int (*power2state)(struct thermal_cooling_device *, u32, unsigned long *);
	// --> devfreq_cooling_power2state(struct thermal_cooling_device *cdev, u32 power, unsigned long *state)
};
devfreq_cooling_xxx_state

devfreq_cooling_xxx_state 系类函数是thermal cooling device 的基本接口函数。逐个分析如下：

（1）devfreq_cooling_get_max_state

功能：获取冷却器的最大状态值。就是告诉 thermal 框架：该冷却器一共有多少个"档位"可以限制

c 复制代码 
static int devfreq_cooling_get_max_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
					 unsigned long *state)
{
	struct devfreq_cooling_device *dfc = cdev->devdata;

	*state = dfc->max_state;

	return 0;
}

关键点：

  • cdev->devdata 指向 struct devfreq_cooling_device。
  • dfc->max_state 表示冷却器可用的最大状态（索引）。
    ① 状态值从 0 ~ max_state，一共 max_state + 1 个状态。
    ② 对应设备 OPP（性能点）的数量。

返回值：总是 0（成功）。

（2）devfreq_cooling_get_cur_state

功能：获取冷却器的当前状态。调用这个函数时，可以知道冷却器当前处于哪个档位。

c 复制代码 
static int devfreq_cooling_get_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
					 unsigned long *state)
{
	struct devfreq_cooling_device *dfc = cdev->devdata;

	*state = dfc->cooling_state;

	return 0;
}

关键点：

  • dfc->cooling_state 保存当前 cooling state（状态索引）。
  • 状态值范围：0 ~ max_state。
    ① 0 → 无限制（即允许最高性能频率）。
    ② 越大 → 冷却程度越强，对应更低的最大频率限制。

返回值：总是 0（成功）

（3）devfreq_cooling_set_cur_state

设置冷却器的当前状态（即限制设备的最高运行频率）。

c 复制代码 
static int devfreq_cooling_set_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
					 unsigned long state)
{
	struct devfreq_cooling_device *dfc = cdev->devdata;
	struct devfreq *df = dfc->devfreq;
	struct device *dev = df->dev.parent;
	unsigned long freq;
	int perf_idx;

	// 状态值检查，避免重复设置
	if (state == dfc->cooling_state)
		return 0;

	dev_dbg(dev, "Setting cooling state %lu\n", state);

	// 合法性检查，非法设置的state直接丢弃
	if (state > dfc->max_state)
		return -EINVAL;

	// 读取绑定的 em_pd 标识，区分是否有 Energy Model
	if (dfc->em_pd) {
		// 有 Energy Model (EM)
		// perf_idx = 性能索引 = 最高性能索引减去 cooling state
		perf_idx = dfc->max_state - state;
		// state = 0 → perf_idx = max_state（最高频率）

state = max_state → perf_idx = 0（最低频率）
		freq = dfc->em_pd->table[perf_idx].frequency * 1000;
	} else {
		// 无 EM
		freq = dfc->freq_table[state];
	}

	// 更新 PM QoS 限制:将计算出来的频率更新到 PM QoS，限制设备的 最大可用频率。
	dev_pm_qos_update_request(&dfc->req_max_freq,
				  DIV_ROUND_UP(freq, HZ_PER_KHZ));

	// 保存 cooling state
	dfc->cooling_state = state;

	return 0;
}

总结：通过传入参数 thermal_cooling_device 表示的cooling device对象，获取对应的devfreq_cooling_device，其中包含状态、操作函数等，进一步将新的state 参数更新到 devfreq_cooling_device中，以便于在后续需要执行温控降温操作时，能有准确的状态判断。

devfreq_cooling_get_requested_power

devfreq_cooling_get_requested_power(struct thermal_cooling_device *cdev, u32 *power) 是 thermal_cooling_device_ops 的扩展接口，专门用于 带功耗建模 (Power Extensions) 的 cooling device，目的是向 IPA (Intelligent Power Allocation) governor 提供 当前功耗估计值。

  • 作用：根据当前 devfreq 的运行状态（频率、利用率、电压等），计算设备的 实际功耗 (mW)，并返回给 thermal 框架。
  • 输入：cdev：冷却器对象。
  • 输出：*power：估算的设备功耗（单位：mW）
c 复制代码 
static int devfreq_cooling_get_requested_power(struct thermal_cooling_device *cdev,
					       u32 *power)
{
	struct devfreq_cooling_device *dfc = cdev->devdata;
	struct devfreq *df = dfc->devfreq; // 从 thermal_cooling_device 获取 devfreq 对应的父设备
	struct devfreq_dev_status status;
	unsigned long state;
	unsigned long freq; // 频率值
	unsigned long voltage;
	int res, perf_idx;

	mutex_lock(&df->lock);
	status = df->last_status; // 从 devfreq 设备中获取上一次记录的状态（devfreq_dev_status）
	mutex_unlock(&df->lock);

	freq = status.current_frequency; // freq → 当前频率（Hz）

	// power_ops即devfreq_cooling_power，如果驱动提供了 get_real_power，则优先调用它获取功耗
	if (dfc->power_ops && dfc->power_ops->get_real_power) {
		voltage = get_voltage(df, freq); // 获取电压：get_voltage(df, freq)（根据频率查询 OPP 电压）
		// 如果电压为 0，说明查询失败 → 返回 -EINVAL
		if (voltage == 0) {
			res = -EINVAL;
			goto fail;
		}

		// 通过 get_real_power 函数获取真实功耗
		res = dfc->power_ops->get_real_power(df, power, freq, voltage);
		if (!res) {
			// 获取状态
			state = dfc->max_state - dfc->capped_state;

			/* Convert EM power into milli-Watts first */
			/* EM 表里的功耗是 microwatt，需要转成 mW */
			dfc->res_util = dfc->em_pd->table[state].power;
			dfc->res_util /= MICROWATT_PER_MILLIWATT;

			/* 乘一个修正因子 */
			dfc->res_util *= SCALE_ERROR_MITIGATION;

			/* 如果 power 有效，进一步归一化 */
			if (*power > 1)
				dfc->res_util /= *power;
		} else {
			goto fail;
		}
	} else {
		/* Energy Model frequencies are in kHz */
		// 根据当前频率 freq 找到 EM 表中的索引。注意 EM 的频率是 kHz，所以要除以 1000
		perf_idx = get_perf_idx(dfc->em_pd, freq / 1000);
		if (perf_idx < 0) {
			res = -EAGAIN;
			goto fail;
		}

		_normalize_load(&status);

		/* Convert EM power into milli-Watts first */
		*power = dfc->em_pd->table[perf_idx].power;
		*power /= MICROWATT_PER_MILLIWATT; // µW → mW
		/* Scale power for utilization */
		*power *= status.busy_time; // 按实际忙时比例缩放
		*power >>= 10; // 除以 1024（近似除以 total_time）
	}

	trace_thermal_power_devfreq_get_power(cdev, &status, freq, *power);

	return 0;
fail:
	/* It is safe to set max in this case */
	dfc->res_util = SCALE_ERROR_MITIGATION; // 如果失败，res_util 设置成默认值，避免系统崩溃
	return res;
}

【流程总结】

  • 获取 devfreq 的 last_status（频率、利用率）。

  • 如果驱动支持 get_real_power：

    ① 查电压。

    ② 调用驱动提供的计算函数。

    ③ 基于 EM 表计算 res_util。

  • 否则：

    ① 根据频率找到 EM 表索引。

    ② 用利用率缩放 EM 表里的功耗值。

  • 返回计算结果给 *power（单位 mW）。

  • 出错时返回负值，并设置默认 res_util。

state2power / power2state
（1）devfreq_cooling_state2power

把 cooling state 映射为对应的能量模型（EM）功耗值（返回给调用者的单位是 mW）。简单理解，用 cooling state 进行按模型计算查表，找到对应的功耗后换算一下单位，大家都认可后，把数据用指针送回去。

c 复制代码 
static int devfreq_cooling_state2power(struct thermal_cooling_device *cdev,
				       unsigned long state, u32 *power)
{
	struct devfreq_cooling_device *dfc = cdev->devdata;
	int perf_idx;

	// 判断 state 是否是合法范围内的值
	if (state > dfc->max_state)
		return -EINVAL; // 若 state 超出范围返回 -EINVAL

	// 计算索引
	perf_idx = dfc->max_state - state;
	// EM 表（em_pd->table）按 功耗/频率从低到高（ascending） 排序，table[0] 是最低功耗，而 table[max_state] 是最高功耗。
	*power = dfc->em_pd->table[perf_idx].power;
	// 原单位是 µW（微瓦），函数通过除以 MICROWATT_PER_MILLIWATT 把它转换为 mW（通常 MICROWATT_PER_MILLIWATT == 1000）
	*power /= MICROWATT_PER_MILLIWATT;

	return 0; // 返回值：0 表示成功
}
（2）devfreq_cooling_power2state

将一个 功率预算 power（单位 mW） 转换为对应的 cooling state，也就是找出在该功率预算下应将设备限制到哪个状态（从而通过 state→freq→PM-QoS 限制频率）。

c 复制代码 
static int devfreq_cooling_power2state(struct thermal_cooling_device *cdev,
				       u32 power, unsigned long *state)
{
	struct devfreq_cooling_device *dfc = cdev->devdata;
	struct devfreq *df = dfc->devfreq; // 从 thermal_cooling_device 获取 devfreq 对应的父设备
	struct devfreq_dev_status status;
	unsigned long freq, em_power_mw;
	s32 est_power;
	int i;

	mutex_lock(&df->lock);
	status = df->last_status;  // 从 devfreq 设备中获取上一次记录的状态（devfreq_dev_status）
	mutex_unlock(&df->lock);

	freq = status.current_frequency;  // freq → 当前频率（Hz）

	// power_ops即devfreq_cooling_power，如果驱动提供了 get_real_power，则优先调用它获取功耗
	if (dfc->power_ops && dfc->power_ops->get_real_power) {
		/* Scale for resource utilization */
		// dfc->res_util 在 devfreq_cooling_get_requested_power 从获取后存放在 dfc->res_util 。
		// 用来把驱动/测量得到的"真实功耗"与 EM 表的功耗尺度对齐，前面乘SCALE_ERROR_MITIGATION，后面就需要除
		est_power = power * dfc->res_util; 
		est_power /= SCALE_ERROR_MITIGATION;
	} else {
		/* Scale dynamic power for utilization */
		// 把 status.busy_time、total_time 归一化（实现通常把 busy_time 缩放到 0~1024）。
		_normalize_load(&status);
		// 将 当前利用率影响 反算到"满载（EM 表）功耗"上。
		est_power = power << 10; // 移位操作
		est_power /= status.busy_time;
		// 注：get_requested_power 在无 get_real_power 时是： power = EM_power * busy_time / 1024，此处遂将 power 反算回 EM_power
	}

	/*
	 * Find the first cooling state that is within the power
	 * budget. The EM power table is sorted ascending.
	 */
	// EM 表按功耗升序排列，从小到大
	// 循环 i = max_state .. 1（注意 i>0，若循环落到 i==0 则外层计算会把 state 设置为 max_state）
	for (i = dfc->max_state; i > 0; i--) {
		/* Convert EM power to milli-Watts to make safe comparison */
		// 把 em_pd->table[i].power（µW）转换为 mW，再与 est_power 进行比较
		em_power_mw = dfc->em_pd->table[i].power;
		em_power_mw /= MICROWATT_PER_MILLIWATT;
		// est_power >= em_power_mw，说明在 i 对应的 perf（频率/功耗）下可以满足预算；跳出循环。
		if (est_power >= em_power_mw)
			break;
	}

	// 将 perf 索引转换回 cooling state
	// 逻辑与 state2power 对称：i = max_state → state = 0（无降频），i = 0 → state = max_state（最高降频）
	*state = dfc->max_state - i;
	// 保存 state 值，整个方法就为了这个玩意。
	dfc->capped_state = *state;

	trace_thermal_power_devfreq_limit(cdev, freq, *state, power);
	return 0;
}

【关键点】

  • 单位与缩放
    ① power 参数与函数内部所有比较/返回的 power 均以 mW 为单位。
    ② EM 表内 em_pd->table[].power 是 µW：必须除以 MICROWATT_PER_MILLIWATT（通常 1000）转换为 mW 才可比较。
    ③ busy_time 在被 _normalize_load() 标准化后，通常用 10-bit 固定点（0...1024） 来表示利用率，所以乘/除 1024（<< 10 / >> 10）作为缩放因子。
  • res_util 的角色
    当驱动能返回真实功耗（get_real_power）时，get_requested_power() 内部会计算并保存 dfc->res_util，其计算逻辑大致为 "res_util = (EM_power_for_some_state_in_mW * SCALE_ERROR_MITIGATION) / measured_power_mW"。
    于是在 power2state() 中做 est_power = power * res_util / SCALE_ERROR_MITIGATION 时，估计值大致回到 EM_power 的尺度，从而与 EM 表直接比较。
  • 边界/异常
    ① i 循环终止条件使用 i > 0：如果 est_power 小于 em_pd->table[1] 的功耗，则循环结束时 i == 0，得到 state = max_state（最高降频）------这是安全的降频退化策略。
    ② busy_time == 0 的风险：在没有 get_real_power 的分支，如果 status.busy_time 为 0，会导致除 0。实务中 _normalize_load() 应确保 status.busy_time 非 0（或在实现里用保护），否则会出现异常。代码没有在此函数显式检查 busy_time == 0，依赖 _normalize_load() 的正确实现。
  • 复杂度
    主循环按 EM 表长度运行：时间复杂度 O(num_opps)。通常 num_opps 较小（几十、百位以内），可接受。
（3）要点回顾
  • state2power：直接把 state 转换为 EM 表中对应的满载功耗（mW）。适用于需要知道某个状态对应的最大功耗。
  • power2state：把预算功率映射到合适的 state，考虑当前利用率或用驱动返回的真实功耗进行尺度对齐，最终通过查 EM 表找到合适档位。
  • 两函数相互对称、并依赖于 EM 表的升序性质与 max_state - state 的映射规则。
  • 注意单位（µW ↔ mW）、busy_time 的缩放（1024）与 res_util 的意义，以及潜在的并发/除零边界。

举例（帮助理解映射）

1.2.3 辅助函数说明

devfreq_cooling_gen_tables

devfreq_cooling_gen_tables 在没有 Energy Model (EM) 的情况下，从设备的 OPP（Operating Performance Points）列表生成一个"按频率降序"的表 dfc->freq_table[]，表的索引与 cooling state 一一对应（state==0 对应最高频率）。of_devfreq_cooling_register_power 中直接引用这函数。

参数说明：

  • dfc：要填充 freq_table 的 devfreq-cooling 结构体
  • num_opps：期望的 OPP 数量（通常来自 dev_pm_opp_get_opp_count()）
c 复制代码 
/**
 - devfreq_cooling_gen_tables() - Generate frequency table.
 - @dfc:	Pointer to devfreq cooling device.
 - @num_opps:	Number of OPPs
 -  - Generate frequency table which holds the frequencies in descending
 - order. That way its indexed by cooling device state. This is for
 - compatibility with drivers which do not register Energy Model.
 -  - Return: 0 on success, negative error code on failure.
 */
static int devfreq_cooling_gen_tables(struct devfreq_cooling_device *dfc,
				      int num_opps)
{
	// 获取关联的 devfreq 和 struct device *（用于 OPP 查询）
	struct devfreq *df = dfc->devfreq; 
	struct device *dev = df->dev.parent;
	unsigned long freq; // freq 用作搜索上限并被 dev_pm_opp_find_freq_floor() 更新
	int i;

	// 分配内存空间，为频率表分配 num_opps 个 unsigned long。使用 kcalloc 保证零初始化。
	dfc->freq_table = kcalloc(num_opps, sizeof(*dfc->freq_table),
			     GFP_KERNEL);
	if (!dfc->freq_table)
		return -ENOMEM;

	// 循环体：i 角标增加遍历； freq 初始值ULONG_MAX，循环自减
	for (i = 0, freq = ULONG_MAX; i < num_opps; i++, freq--) {
		struct dev_pm_opp *opp;

		// step1：第一次调用 dev_pm_opp_find_freq_floor(dev, &freq) 会找到 <= ULONG_MAX 的最大 OPP 
		//        即设备上 最大频率 的 OPP，并把 freq 修改为这个 OPP 的频率值。
		// step2：循环体末尾的 freq-- 将 freq 减 1（变成 max-freq-值 减 1）。
		//        用于下一次调用，使 dev_pm_opp_find_freq_floor 在下一次返回 比上一次更低 的 OPP，得到下降过程，不断抄底
		opp = dev_pm_opp_find_freq_floor(dev, &freq);
		// step3：dev_pm_opp_find_freq_floor 返回错误，比如 freq 没有了或者其他的
		if (IS_ERR(opp)) {
			// 释放已分配的 freq_table 并返回错误码
			kfree(dfc->freq_table);
			return PTR_ERR(opp);
		}

		// dev_pm_opp_put(opp) 释放 OPP 引用
		dev_pm_opp_put(opp);
		// 将每次返回的 freq 写入 dfc->freq_table[i]。因此表中第 i 项是第 i 高的频率（降序）
		dfc->freq_table[i] = freq;
	}

	return 0;
}

总结（要点）

  • 输出表的顺序：dfc->freq_table[0] = 最高频率，dfc->freq_table[num_opps-1] = 最低频率（降序）。 这样就能把 cooling state 直接作为索引：state == 0 → freq_table[0]（最高频率），state == max_state → 最低频率。------ 一句话，通过state与dfc->freq_table顺序相反，更好用

  • 依赖：dev_pm_opp_find_freq_floor() 的语义 ------ 它通过指针参数返回找到的 OPP 频率并更新该指针，这个函数利用该特性来"逐步向下"遍历 OPP。

  • 单位：dev_pm_opp / OPP 接口中频率单位依内核版本而定（常见为 kHz）。这个函数只是把 dev_pm_opp_find_freq_floor 返回的 freq 原样写入 freq_table，上层使用该表时（如 set_cur_state）会依据项目代码中其他的常量（例如 HZ_PER_KHZ）做相应的单元转换。重要的是：表内值与 dev_pm_opp_find_freq_floor 的返回单位保持一致，上游使用时要保持一致性。

示例（帮助理解）

假设设备的 OPP（按频率升序）为： 1000, 1500, 2000 （单位假设为 kHz）

num_opps = 3

循环行为示例：

  • i=0: freq = ULONG_MAX → dev_pm_opp_find_freq_floor 返回 freq = 2000 →freq_table[0] = 2000 → freq-- => 1999
  • i=1: freq = 1999 → dev_pm_opp_find_freq_floor 返回 freq = 1500 → freq_table[1] = 1500 → freq-- => 1499
  • i=2: freq = 1499 → dev_pm_opp_find_freq_floor returns freq = 1000 → freq_table[2] = 1000 → loop ends

结果表（降序）：

c 复制代码 
freq_table[0] = 2000  // highest -> maps to state 0
freq_table[1] = 1500  // state 1
freq_table[2] = 1000  // state 2 (max_state)

边界情况 / 风险点 / 注意事项

  • num_opps 必须合理
    如果传入的 num_opps 大于设备实际 OPP 数，某次 dev_pm_opp_find_freq_floor 会失败，函数会回退并返回错误。调用方应确保 num_opps 是正确的（通常使用 dev_pm_opp_get_opp_count()）。

  • freq 的减 1 (freq--)

    ① freq-- 是在 for 循环的迭代表达式里执行的（即在 loop body 完成后），目的是将下次搜索上限减 1，确保 dev_pm_opp_find_freq_floor 不会再次返回同一个 OPP（避免无限循环）。最后一次迭代后 freq-- 也会执行，但循环结束，不会被再用到 ------ 这一般是安全的。

    ② 如果某个 OPP 的频率为 0（极不可能），freq-- 可能 underflow，但下次不会用到它（或下一次 dev_pm_opp_find_freq_floor 会报错），总体上内核 OPP 频率不会是 0，所以不是实际问题。

  • 并发与生命周期

    ① 该函数通常在驱动注册/初始化期间调用（single-threaded 初始化路径），因此对 OPP 列表的并发修改风险较小。若在运行时 OPP 列表被修改（动态改变 OPP），表可能过时，但这在内核中通常由上层保证生命周期顺序（在卸载/修改 OPP 之前应先注销 cooling device）。

    ② 读 dfc->freq_table（例如 set_cur_state）时没有额外锁保护，但因为表一般在初始化完成后才会被并发读取，这被视为安全模式。

  • 单元/一致性问题

    上游使用 dfc->freq_table 时（比如 set_cur_state），要清楚 freq_table 的单位并作相应转换（该源码上下文中已经有统一的转换逻辑）。不要误把表中值当作 Hz / kHz / MHz。

_normalize_load

这个函数是 devfreq_cooling 模块里用于归一化设备负载数据的关键步骤，保证计算功耗、估算状态时的数值稳定性。

先了解下面这结构体，同样也是函数参数。

c 复制代码 
/**
 * struct devfreq_dev_status - Data given from devfreq user device to
 * 		     governors. Represents the performance
 * 		     statistics.
 * @total_time:		The total time represented by this instance of
 * 		devfreq_dev_status
 * @busy_time:		The time that the device was working among the
 * 		total_time.
 * @current_frequency:	The operating frequency.
 * @private_data:	An entry not specified by the devfreq framework.
 * 		A device and a specific governor may have their
 * 		own protocol with private_data. However, because
 * 		this is governor-specific, a governor using this
 * 		will be only compatible with devices aware of it.
 */
struct devfreq_dev_status {
	/* both since the last measure */
	unsigned long total_time;
	unsigned long busy_time;
	unsigned long current_frequency;
	void *private_data;
};

struct devfreq_dev_status 是 设备驱动和 devfreq governor 的通信结构体，主要携带 总时间、忙碌时间、当前频率 三个核心统计值，用于推算设备利用率和能耗。

成员变量介绍：

  • unsigned long total_time

    含义：采样周期的总时间。

    单位：并不是固定的，可以是 µs（微秒）、ns（纳秒）、时钟周期数，依赖具体设备驱动。

    用途：作为基准，配合 busy_time 计算利用率。

  • unsigned long busy_time

    含义：在 total_time 这一采样周期内，设备处于 工作状态（busy） 的时间

    用途： utilization = busy_time / total_time 得到设备利用率。

  • unsigned long current_frequency

    含义：设备当前正在运行的频率。

    单位：Hz（通常是 KHz 或 MHz，取决于驱动）。

    作用：governor 通过它和利用率一起推算功耗；thermal cooling device 通过它限制频率上限/下限。

  • void *private_data

    含义：保留字段，不由 devfreq 框架定义，留给 设备驱动和 governor 协议使用。

    特点：属于"私有通道"，通用 governor 不会依赖它；如果 governor 使用了 private_data，那它只兼容那些设备驱动明确支持这个字段的场景。

接续函数 _normalize_load 分析，

c 复制代码 
static void _normalize_load(struct devfreq_dev_status *status)
{
	// 如果 测量时间过大 (total_time > 1,048,575)
	if (status->total_time > 0xfffff) {
		// 把 total_time 和 busy_time 都右移 10 位（相当于除以 1024）
		// 避免 busy_time << 10 时溢出。保持比例不变（两者一起缩小）。
		status->total_time >>= 10;
		status->busy_time >>= 10;
	}

	// busy_time <<= 10（左移 10 位） → 乘以 1024，准备做归一化。
	status->busy_time <<= 10;
	// 除以 status->total_time → 得到比例值，同时做除法条件判断。
	status->busy_time /= status->total_time ? : 1;

	// 如果计算结果是 0，就强制设为 1，避免后续计算出现完全没有利用率的情况
	status->busy_time = status->busy_time ? : 1;
	// 强制把总时间归一化为 1024，对应上面的 busy_time
	status->total_time = 1024;
}

结果如下：

busy_time = 307

total_time = 1024

utilization = 307 / 1024 ≈ 0.3 (30%)

get_voltage

get_voltage(struct devfreq *df, unsigned long freq) 是在 devfreq cooling / power 计算 时用来获取某一频率下对应的电压值的。

参数说明：
devfreq *df ：struct devfreq *，指向 devfreq 设备对象。
long freq：目标频率（Hz，可能是 kHz/MHz，取决于驱动）

c 复制代码 
static unsigned long get_voltage(struct devfreq *df, unsigned long freq)
{
	// devfreq 本身挂在一个 device 下，这里拿到它的父设备 dev。
	// 频率、电压 OPP 信息都存放在 dev 的 OPP table 里。
	struct device *dev = df->dev.parent;
	unsigned long voltage;
	struct dev_pm_opp *opp;

	// 在 OPP 表里查找 与 freq 精确匹配并启用的 OPP
	opp = dev_pm_opp_find_freq_exact(dev, freq, true);
	// 如果返回 -ERANGE，说明精确找不到启用的 OPP
	if (PTR_ERR(opp) == -ERANGE)
		// 查找 freq 对应的 未启用 OPP
		// 兼容性设计：优先用启用的 OPP，如果没有，则 fallback 到未启用的
		opp = dev_pm_opp_find_freq_exact(dev, freq, false);

	// 如果仍然找不到 OPP，则打印错误日志，并返回 0（代表失败）
	if (IS_ERR(opp)) {
		// 打印错误
		dev_err_ratelimited(dev, "Failed to find OPP for frequency %lu: %ld\n",
				    freq, PTR_ERR(opp));
		return 0;
	}

	// step1: dev_pm_opp_get_voltage(opp) 返回电压，单位是 纳伏 (nV)
	// step2: 除以 1000 转换为 毫伏 (mV)，方便功耗计算
	voltage = dev_pm_opp_get_voltage(opp) / 1000; /* mV */
	// dev_pm_opp_put(opp)：释放 OPP 引用
	dev_pm_opp_put(opp);

	// 如果电压为 0，说明 OPP 表里电压字段可能缺失或错误，再次打 error
	if (voltage == 0) {
		dev_err_ratelimited(dev,
				    "Failed to get voltage for frequency %lu\n",
				    freq);
	}

	return voltage;
}

在 cooling/power 模块中，在 devfreq_cooling_get_requested_power() 里会调用 "voltage = get_voltage(df, freq)" ，要根据频率 f 找到对应电压 V，才能正确计算功耗。

总结一下get_voltage() 的功能就是：

  • 在设备 OPP 表里找到指定频率 freq 的 OPP。
  • 提取 OPP 对应的电压（nV → mV）。
  • 返回给调用方，用于后续功耗计算。
get_perf_idx

get_perf_idx() 函数很短，但作用非常关键，它是 devfreq cooling 里 频率 → Energy Model (EM) 表索引 的映射函数。

c 复制代码 
/**
 * get_perf_idx() - get the performance index corresponding to a frequency
 * @em_pd:	Pointer to device's Energy Model
 * @freq:	frequency in kHz
 *
 * Return: the performance index associated with the @freq, or
 * -EINVAL if it wasn't found.
 */
static int get_perf_idx(struct em_perf_domain *em_pd, unsigned long freq)
{
	int i;

	for (i = 0; i < em_pd->nr_perf_states; i++) {
		// 遍历 em_pd->table[]，如果找到 frequency 精确匹配的 entry，则返回它的索引 i
		if (em_pd->table[i].frequency == freq)
			return i;
	}

	return -EINVAL;
}

参数说明：
em_perf_domain *em_pd ：指向设备的 Energy Model performance domain。内部包含一个 table[]，记录每个性能状态（performance state）的：frequency (kHz)、power (µW)、其他功耗/能耗参数。
long freq：要查找的目标频率，单位 kHz。

作用总结

功能：根据指定的频率（kHz），查找设备 Energy Model 表中对应的性能状态索引。

为什么需要它：

em_pd->table[perf_idx].power → 该频率对应的功耗（µW）

em_pd->table[perf_idx].frequency → 确认降频目标

perf_idx 还用于 state ↔ power 转换

1.2.4 pm_qos/pm_opp 关联

PM QoS 相关 API

函数名 原型（简化） 作用
dev_pm_qos_add_request int dev_pm_qos_add_request(struct device *dev, struct dev_pm_qos_request *req, enum dev_pm_qos_req_type type, s32 value); 为设备添加一个 PM QoS 请求，比如设置 最大频率/最小频率限制。
dev_pm_qos_remove_request void dev_pm_qos_remove_request(struct dev_pm_qos_request *req); 移除之前添加的 QoS 请求，恢复默认。
dev_pm_qos_update_request int dev_pm_qos_update_request(struct dev_pm_qos_request *req, s32 new_value); 更新现有 QoS 请求的值，例如动态调整设备的最大频率限制。

PM opp 相关 API

函数名 原型（简化） 作用
dev_pm_opp_find_freq_exact struct dev_pm_opp *dev_pm_opp_find_freq_exact(struct device *dev, unsigned long freq, bool available); 在设备的 OPP 表中查找 与指定频率完全匹配 的 OPP entry；available = true 表示只查找启用的 OPP。
dev_pm_opp_get_voltage unsigned long dev_pm_opp_get_voltage(struct dev_pm_opp *opp); 获取 OPP 中定义的电压值（单位：纳伏 nV）。
dev_pm_opp_put void dev_pm_opp_put(struct dev_pm_opp *opp); 释放 OPP entry 的引用计数，避免内存泄漏。
dev_pm_opp_find_freq_floor struct dev_pm_opp *dev_pm_opp_find_freq_floor(struct device *dev, unsigned long *freq); 查找 OPP 表中 不大于给定频率 的最大 OPP（即向下取整）。
dev_pm_opp_get_opp_count int dev_pm_opp_get_opp_count(struct device *dev); 获取设备的 OPP 数量（可用的 performance states 个数）。
dev_pm_opp_of_register_em int dev_pm_opp_of_register_em(struct device *dev, struct em_data_callback *cb); 根据设备的 OPP 表，自动注册 Energy Model (EM)，供 thermal / EAS / IPA 等子系统使用。

总体关系

  • OPP (Operating Performance Points)：负责管理 频率 ↔ 电压 ↔ 功耗 映射。
  • EM (Energy Model)：基于 OPP 自动生成，用于计算功耗和做性能约束。
  • PM QoS (Power Management QoS)：用于对设备施加 运行时约束（如最大频率），thermal cooling 正是通过它来限制 devfreq 设备的性能状态

1.3 执行时序图

2 cpuidle_cooling

cpuidle_cooling 通过 idle-injection 机制（idle_inject 子系统）人为插入/延长 CPU idle 周期，从而降低 CPU 的平均利用与功耗。cooling state 采用 百分比（0...100） 来表示"注入比"------100 表示 100% idle（一直 idle），0 表示不注入。实现上把 idle duration 与 running duration 成比例计算。

cpuidle 驱动在初始化 / 注册时会调用 cpuidle_cooling_register(struct cpuidle_driver *drv)，函数会遍历 drv->cpumask 中的 CPU，查看每个 CPU 的 device tree 下是否有 thermal-idle 子结点，找到则为该 CPU 创建一个 idle 注入 cooling device 并注册到 thermal 子系统。也就是说：只有当平台/DT 提供 thermal-idle 节点并且内核配置支持 idle_inject 时，才会实际启用该 cooling device。

在"Android thermal (4)_cooling device（上）" 最后的设备截图可以看到，cooling device的type没有cpuidle类型。RK的设备树没有配置该类型。

2.1 执行过程

  1. 初始化 cpuidle 驱动时 → 调用 cpuidle_cooling_register(drv)
  2. 遍历 CPU → 如果 DT 中有 thermal-idle 节点 → 调用 __cpuidle_cooling_register()
  3. 在 __cpuidle_cooling_register() 中：
    （1）创建 cooling device
    （2）绑定到 thermal 框架
    （3）保存 idle_inject 配置
  4. 当温度超过 thermal zone 的 trip point 时，thermal governor 调用 set_cur_state() → 启动/调整 idle 注入线程
  5. idle 注入降低 CPU 的平均活动时间 → 降低功耗和发热
  6. 当温度下降，thermal governor 将 state 调回 0 → 停止 idle 注入

2.2 关键函数

2.2.1 关键前提

（1）cpuidle_cooling_device

c 复制代码 
/**
 * struct cpuidle_cooling_device - data for the idle cooling device
 * @ii_dev: an atomic to keep track of the last task exiting the idle cycle
 * @state: a normalized integer giving the state of the cooling device
 */
struct cpuidle_cooling_device {
	struct idle_inject_device *ii_dev; // ilde_inject对象存储，保存最后一次传入的 ilde_inject指针
	unsigned long state; // 状态值
};

（2）cpuidle_cooling_ops

cpuidle_cooling_ops 是一个静态 struct thermal_cooling_device_ops，包含三个函数指针，

这个 ops 指针在注册 cooling device 时传给了 thermal 子系统（通过thermal_of_cooling_device_register()注册）。

c 复制代码 
/**
 * cpuidle_cooling_ops - thermal cooling device ops
 */
static struct thermal_cooling_device_ops cpuidle_cooling_ops = {
	.get_max_state = cpuidle_cooling_get_max_state,
	.get_cur_state = cpuidle_cooling_get_cur_state,
	.set_cur_state = cpuidle_cooling_set_cur_state,
};

（3）idle_inject 子系统

idle_inject_* 系列函数来自 idle_inject 子系统：

  • idle_inject_register()
  • idle_inject_set_duration()
  • idle_inject_set_latency()
  • idle_inject_start()
  • idle_inject_stop()
  • idle_inject_get_duration()

（4）thermal_of_cooling_device_register

通过therma core 的 thermal_of_cooling_device_register(np, name, idle_cdev, &cpuidle_cooling_ops)：把 idle_cdev（devdata）和 cpuidle_cooling_ops 交给 thermal core 注册，thermal core 把这个 cooling device 暴露到 /sys/class/thermal 并处理与 thermal-zone 的绑定（具体 thermal-core 内部会保存 ops & devdata）。

2.2.2 入口：cpuidle_cooling_register

cpuidle_cooling_register(struct cpuidle_driver *drv) 是注册函数入口，需要开启 config 配置才有可以调用。

c 复制代码 
#ifdef CONFIG_CPU_IDLE_THERMAL
void cpuidle_cooling_register(struct cpuidle_driver *drv);
#else /* CONFIG_CPU_IDLE_THERMAL */
static inline void cpuidle_cooling_register(struct cpuidle_driver *drv)
{
}
#endif /* CONFIG_CPU_IDLE_THERMAL */

调用时机 ：通常由 cpuidle 驱动在初始化 / 注册 struct cpuidle_driver 时调用（在 cpuidle 子系统或 platform probe 中）。
目的：为 drv->cpumask 中的每颗 CPU（或每个 cluster）查找 device tree 中 thermal-idle 节点，如果存在就为该 CPU 创建并注册一个 idle-injection 基的 cooling device。

c 复制代码 
/**
 * cpuidle_cooling_register - Idle cooling device initialization function
 * @drv: a cpuidle driver structure pointer
 *
 * This function is in charge of creating a cooling device per cpuidle
 * driver and register it to the thermal framework.
 */
void cpuidle_cooling_register(struct cpuidle_driver *drv)
{
	struct device_node *cooling_node;
	struct device_node *cpu_node;
	int cpu, ret;

	// 遍历 cpumask 的 CPU。
	for_each_cpu(cpu, drv->cpumask) {
        // 取得该 CPU 对应的 device tree node。
		cpu_node = of_cpu_device_node_get(cpu);
        // 在 CPU 的 DT 节点下查找 thermal-idle 子节点。
		cooling_node = of_get_child_by_name(cpu_node, "thermal-idle");
  
		of_node_put(cpu_node); // 释放 cpu_node 引用

		if (!cooling_node) {
			pr_debug("'thermal-idle' node not found for cpu%d\n", cpu);
			continue; 
		}
        // 为找到的 cooling_node 调用辅助注册函数
		ret = __cpuidle_cooling_register(cooling_node, drv);

		of_node_put(cooling_node); // 释放 cooling_node 引用

		if (ret) {
			pr_err("Failed to register the cpuidle cooling device" \
			       "for cpu%d: %d\n", cpu, ret);
			break; // 若 __cpuidle_cooling_register 返回错误，打印错误并退出循环/返回
		}
	}
}

2.2.3 核心注册：__cpuidle_cooling_register

__cpuidle_cooling_register 为 DT 节点 np 上描述的 cpu/cluster 创建 idle_inject 设备、准备 cpuidle_cooling_device 私有数据并通过 thermal_of_cooling_device_register() 注册到 thermal core。

c 复制代码 
/**
 * __cpuidle_cooling_register: register the cooling device
 * @drv: a cpuidle driver structure pointer
 * @np: a device node structure pointer used for the thermal binding
 *
 * This function is in charge of allocating the cpuidle cooling device
 * structure, the idle injection, initialize them and register the
 * cooling device to the thermal framework.
 *
 * Return: zero on success, a negative value returned by one of the
 * underlying subsystem in case of error
 */
static int __cpuidle_cooling_register(struct device_node *np,
				      struct cpuidle_driver *drv)
{
	struct idle_inject_device *ii_dev;
	struct cpuidle_cooling_device *idle_cdev;
	struct thermal_cooling_device *cdev;
	struct device *dev;
	unsigned int idle_duration_us = TICK_USEC;
	unsigned int latency_us = UINT_MAX;
	char *name;
	int ret;

	idle_cdev = kzalloc(sizeof(*idle_cdev), GFP_KERNEL); // 分配 struct cpuidle_cooling_device。
	if (!idle_cdev) {
		ret = -ENOMEM; // 若失败 ret = -ENOMEM → goto out（返回错误）。
		goto out;
	}

	// 注册一个 idle_inject_device，它会创建注入 idle 的基础设施 idle_inject_device 对象。
	ii_dev = idle_inject_register(drv->cpumask);
	if (!ii_dev) {
		ret = -EINVAL; // 若返回 NULL：ret = -EINVAL → goto out_kfree（释放 idle_cdev 并返回）
		goto out_kfree;
	}

	// 从 DT 读取可选属性，若不存在使用默认（TICK_USEC、UINT_MAX）
	of_property_read_u32(np, "duration-us", &idle_duration_us);
	of_property_read_u32(np, "exit-latency-us", &latency_us);

	// 设置 idle 注入的时长与退出延迟（config）
	idle_inject_set_duration(ii_dev, TICK_USEC, idle_duration_us);
	idle_inject_set_latency(ii_dev, latency_us);

	// 把 ii_dev 保存到 cpuidle_cooling_device 的 idle_cdev 的字段里。
	// 后续可以通过 idle_cdev->ii_dev 直接获取
	idle_cdev->ii_dev = ii_dev;

	// 构造一个易识别的 cooling device 名字（例如：idle-cpu0）
	dev = get_cpu_device(cpumask_first(drv->cpumask));
	name = kasprintf(GFP_KERNEL, "idle-%s", dev_name(dev));
	if (!name) {
		ret = -ENOMEM;
		goto out_unregister; // 分配失败时回退到 out_unregister（会注销 ii_dev 并释放 idle_cdev）
	}

	// 关键步骤：把 idle_cdev（作为 devdata）和 &cpuidle_cooling_ops（ops 表）交给 thermal core 去注册。
	// thermal zone 绑定的 cooling device 可以轻松找到是什么cpuidle_cooling_device
	cdev = thermal_of_cooling_device_register(np, name, idle_cdev,
						  &cpuidle_cooling_ops);
	if (IS_ERR(cdev)) {
		ret = PTR_ERR(cdev);
		goto out_kfree_name; // 获取错误码并走 out_kfree_name -> out_unregister -> out_kfree 回退
	}

	pr_debug("%s: Idle injection set with idle duration=%u, latency=%u\n",
		 name, idle_duration_us, latency_us);

	kfree(name); // 释放 name

	return 0;

out_kfree_name:
	kfree(name); // 释放 name
out_unregister:
	idle_inject_unregister(ii_dev); // 注销 ii_dev
out_kfree:
	kfree(idle_cdev); //  kfree idle_cdev
out:
	return ret;
}

当 thermal_of_cooling_device_register 注册成功，会创建 struct thermal_cooling_device，把 ops 指针、devdata 指针、名字等保存起来；在 sysfs 创建 cooling_deviceX、policy 等节点。

如果 DT 节点 np 中含有绑定信息（比如直接在 thermal zone 的 DT 下），thermal core 可能会立即把此 cooling device 与某个 thermal-zone 绑定（创建 struct thermal_instance）------从而当该 zone 触发被动降温时，thermal core 能直接调用此 cooling device 的 ops。

2.2.4 运行时：cpuidle_cooling_set_cur_state

当 thermal core 决定改变此 cooling device 的状态（例如 governor 要限制负载通过注入 idle），它会调用 set_cur_state()（通过 core）。

从 cpuidle_cooling_ops 中看得到 set_cur_state = cpuidle_cooling_set_cur_state。用户空间通过 sysfs 读取 / 写 cooling_deviceX/cur_state 时（core 会调用 get_cur_state / set_cur_state），由 thermal core（在 governor 或 userspace 请求时）通过 thermal_cooling_device->ops->set_cur_state() 间接调用。

c 复制代码 
/**
 * cpuidle_cooling_set_cur_state - Set the current cooling state
 * @cdev: the thermal cooling device
 * @state: the target state
 *
 * The function checks first if we are initiating the mitigation which
 * in turn wakes up all the idle injection tasks belonging to the idle
 * cooling device. In any case, it updates the internal state for the
 * cooling device.
 *
 * Return: The function can not fail, it is always zero
 */
static int cpuidle_cooling_set_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
					 unsigned long state)
{
	// 取得私有结构，由注册时传入。 注册函数的参数。
	struct cpuidle_cooling_device *idle_cdev = cdev->devdata; 
	// 取得 idle_inject_device。 cpuidle_cooling_device的成员
	struct idle_inject_device *ii_dev = idle_cdev->ii_dev;
	// 当前的状态值，cpuidle_cooling_device的成员
	unsigned long current_state = idle_cdev->state;
	unsigned int runtime_us, idle_duration_us;

	// 先更新状态（原子性/同步由 core 的锁或调用位置保证）。传入的状态新参数。
	idle_cdev->state = state;

	// 读取当前 idle_inject 的配置（injection duration、idle_duration）。
	idle_inject_get_duration(ii_dev, &runtime_us, &idle_duration_us);

	// 计算"运行时长"（active time）对应于新的注入比（state 是 0..100 百分比）
	runtime_us = cpuidle_cooling_runtime(idle_duration_us, state);

	// 把新 runtime 与 idle duration 设置到 idle_inject 设备中；idle_inject 内部会据此调整注入比
	idle_inject_set_duration(ii_dev, runtime_us, idle_duration_us);

	// current_state -> 当前状态，可以理解为正在进行时；state -> 传入的状态，理解为即将发生的变化
	if (current_state == 0 && state > 0) {
		idle_inject_start(ii_dev); // 从未注入到开始注入：需要启动注入线程 /唤醒注入机制
	} else if (current_state > 0 && !state)  {
		idle_inject_stop(ii_dev); // 从注入到停止：停止注入线程
	}
	// set_cur_state 几乎不会失败，文件内实现总是返回 0
	return 0;
}

/**
 * cpuidle_cooling_runtime - Running time computation
 * @idle_duration_us: CPU idle time to inject in microseconds
 * @state: a percentile based number
 *  * The running duration is computed from the idle injection duration
 * which is fixed. If we reach 100% of idle injection ratio, that
 * means the running duration is zero. If we have a 50% ratio
 * injection, that means we have equal duration for idle and for
 * running duration.
 *  * The formula is deduced as follows:
 *  *  running = idle x ((100 / ratio) - 1)
 *  * For precision purpose for integer math, we use the following:
 *  *  running = (idle x 100) / ratio - idle
 *  * For example, if we have an injected duration of 50%, then we end up
 * with 10ms of idle injection and 10ms of running duration.
 *  * Return: An unsigned int for a usec based runtime duration.
 */
static unsigned int cpuidle_cooling_runtime(unsigned int idle_duration_us,
					    unsigned long state)
{
	// 如果 state == 0 → runtime = 0
	if (!state)
		return 0;

	return ((idle_duration_us * 100) / state) - idle_duration_us;
}

cpuidle_cooling_runtime的参数说明：

  • idle_duration_us：CPU 空闲持续时间，单位是微秒 (us)。
  • state ：cooling device 的当前状态（也就是冷却等级/档位）。在 thermal 框架里，state 往往表示降频或者降低性能的程度。
    ① state = 0 → 不做限制。
    ② state > 0 → 启用对应的限制。

用 idle 时间与 state 进行比例缩放，计算出一个新的 "运行时长"。

以此类推：

  • state 越小 → runtime 越大
  • state = 100 时 → runtime = 0
  • state > 100 时 → runtime 可能变为负数（但这里返回 unsigned int，负数会变成大整数，不太合理，说明调用方一般不会传入 >100 的 state）

2.3 执行时序图

下图是上面cpuidle-cooling的执行过程。

3 cpufreq_cooling

cpufreq_cooling 实现了把 thermal cooling state 与 CPUfreq 的频率/功耗映射起来的 glue 层：在注册时绑定 cpufreq policy（和可选 EM），提供 state→freq/power、power→state、当前请求功率估算等接口，并通过 PM QoS（freq_qos）动态施加频率上限约束以实现热管理策略。

3.1 数据结构

3.1.1 time_in_idle

用途：用于单核（CONFIG_SMP 未启用）情况下按时间差计算 CPU 利用率（见 get_load 非 SMP 分支）。

c 复制代码 
struct time_in_idle {
	u64 time;
	u64 timestamp;
};

time：上一次读取到的该 CPU 的绝对空闲时间（单位依 platform，常是 microseconds 或者 jiffies / tick-count，取决于 get_cpu_idle_time() 实现）。

timestamp：上次调用 get_cpu_idle_time_us()（或相关 API）时的 wall time（通常由 get_cpu_idle_time() 返回的 now），用于计算两次采样间的时间差。

3.1.2 cpufreq_cooling_device

c 复制代码 
struct cpufreq_cooling_device {
	u32 last_load;
	unsigned int cpufreq_state;
	unsigned int max_level;
	struct em_perf_domain *em;
	struct cpufreq_policy *policy;
	struct thermal_cooling_device_ops cooling_ops;
#ifndef CONFIG_SMP
	struct time_in_idle *idle_time;
#endif
	struct freq_qos_request qos_req;
};

成员变量：

  • last_load：保存最近一次 cpufreq_get_requested_power() 调用时测得的负载（通常是百分比）。热管理里会根据这个负载估算功耗，决定是否需要进一步降频。
  • cpufreq_state：表示 cooling device 当前所处的"冷却状态"（cooling state）。类型是 unsigned int，取值范围是 [0, max_level]。值越大，表示限制越强（CPU 频率被压到更低档位）。
  • max_level ：最大的冷却 level，与索引角标类取值似，直接当索引用了。注意 不是频率的数量，而是 （总频率数 - 1）。例如，如果这个 CPU 有 5 个可用频率档位，那么 max_level = 4。这样 cooling state 的合法范围就是 0~max_level。
  • em：指向 energy model（能量模型）的 em_perf_domain，里面存放这个 CPU 性能域的性能/功耗表。thermal 框架会用 EM 数据来评估不同频率下的能耗。
  • policy：对应的 cpufreq_policy，代表该 CPU 或 CPU cluster 的频率调节策略（最小、最大频率范围，governor 等）。
  • cooling_ops：实现 thermal_cooling_device_ops 的一组函数指针。定义了 cooling device 与 thermal 框架交互时的回调，比如设置 state、获取 max state 等。
  • idle_time：（仅在非 SMP 配置下才有）保存 CPU 的空闲时间信息。在热管理中，有时需要结合 idle stats 来更准确估算 CPU 活动功耗。
  • qos_req：一个 freq_qos_request，用于向 PM QoS 框架提交频率上限约束。当 thermal 框架决定要"降频"时，会通过这个字段影响 cpufreq 的上限。

SMP（Symmetric Multi-Processing - 对称多处理）模式：

  • 含义： 在一个系统中，所有 CPU 核心都是对等的（homogeneous）。它们共享同一个内存控制器、同一级缓存（通常是L3缓存），并连接到同一条系统总线上。在操作系统看来，所有核心在功能和性能上完全一致，任务可以被调度到任何一个核心上执行，而不会有效能差异。
  • 例子： 传统的单颗多核处理器，如 Intel 或 AMD 的台式机/服务器 CPU（一个物理芯片上有多个相同的核心）。

非SMP / 异构模式（通常指 Arm big.LITTLE 或 DynamIQ）：

  • 含义： 系统中的 CPU 核心被分成了不同的簇（Cluster）。每个簇内部可能是 SMP 结构，但簇与簇之间的核心在架构、性能和功耗上存在显著差异。最常见的形态就是"大核"簇和"小核"簇。
  • 例子： 现代智能手机处理器（如高通骁龙、联发科天玑系列）、苹果 M系列芯片。例如，一个处理器可能包含 2 个 Cortex-X系列（大核）和 6 个 Cortex-A55系列（小核）。

为什么 cpufreq_cooling 需要区分这两种模式？
cpufreq_cooling 是内核热管理（thermal）子系统的一个冷却设备（cooling device）。它的工作原理是：当设备温度过高时，通过限制 CPU 的频率 来减少其功耗和发热，从而达到降温的目的。

区分 SMP 和非SMP 模式的核心原因在于：如何公平、准确、高效地计算因降频而带来的"冷却效果"。

特性 SMP 模式 非SMP/异构模式
硬件基础 所有CPU核心相同 CPU核心分簇，不同簇性能功耗不同
cpufreq_cooling 设备 通常一个全局设备 每个频率域（簇）一个冷却设备
负载计算 所有在线CPU的总负载 按簇分别计算负载
频率控制 全局统一频率 按簇独立控制频率
冷却效果计算 相对简单，基于总负载和频率差 复杂，需按簇计算并加权求和，考虑动态功率系数
内核中的代表 传统x86多核处理器 Arm big.LITTLE, DynamIQ 处理器

3.2 关键函数

【注意】宏定义 CONFIG_THERMAL_GOV_POWER_ALLOCATOR 使用来控制 governor power allocator 开启/关闭的。当配置这个策略时，部分功能函数启用。对于非该策略时，采用默认的空返回调用。

3.2.1 register/unregister

（1）cpufreq_cooling_register

cpufreq_cooling 注册函数。

c 复制代码 
/**
 * cpufreq_cooling_register - function to create cpufreq cooling device.
 * @policy: cpufreq policy
 *
 * This interface function registers the cpufreq cooling device with the name
 * "cpufreq-%s". This API can support multiple instances of cpufreq cooling
 * devices.
 *
 * Return: a valid struct thermal_cooling_device pointer on success,
 * on failure, it returns a corresponding ERR_PTR().
 */
struct thermal_cooling_device *
cpufreq_cooling_register(struct cpufreq_policy *policy)
{
	return __cpufreq_cooling_register(NULL, policy, NULL); // 核心注册函数
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(cpufreq_cooling_register);
（2）of_cpufreq_cooling_register

of_cpufreq_cooling_register 是一个对外导出的 API（见最后的 EXPORT_SYMBOL_GPL）。根据设备树信息，把某个 CPU 的 cpufreq policy 注册成 thermal cooling device。

输入参数：struct cpufreq_policy *policy，即 CPU 频率策略（某个 CPU 或 CPU cluster 的频率范围）。

c 复制代码 
/**
 * of_cpufreq_cooling_register - function to create cpufreq cooling device.
 * @policy: cpufreq policy
 *
 * This interface function registers the cpufreq cooling device with the name
 * "cpufreq-%s". This API can support multiple instances of cpufreq cooling
 * devices. Using this API, the cpufreq cooling device will be linked to the
 * device tree node provided.
 *
 * Using this function, the cooling device will implement the power
 * extensions by using the Energy Model (if present).  The cpus must have
 * registered their OPPs using the OPP library.
 *
 * Return: a valid struct thermal_cooling_device pointer on success,
 * and NULL on failure.
 */
struct thermal_cooling_device *
of_cpufreq_cooling_register(struct cpufreq_policy *policy)
{
	// 获取 CPU 的设备树节点
	// 根据 policy->cpu（一个 CPU 的逻辑编号）去设备树里找到对应的 CPU 节点。
	struct device_node *np = of_get_cpu_node(policy->cpu, NULL);
	struct thermal_cooling_device *cdev = NULL;

	// 检查设备树节点是否存在
	if (!np) {
		pr_err("cpufreq_cooling: OF node not available for cpu%d\n",
		       policy->cpu);
		// 如果 of_get_cpu_node() 没找到 CPU 节点，说明设备树没有这个 CPU 的描述，无法注册 cooling device。
		return NULL;
	}

	// 判断设备树节点是否定义了 #cooling-cells 属性
	// 若没有此属性，则跳过注册，直接返回 NULL。
	if (of_property_present(np, "#cooling-cells")) {
		// 获取这个 CPU 的 能量模型（EM perf_domain）。EM 提供 (frequency, power) 表，用于估算能耗。
		struct em_perf_domain *em = em_cpu_get(policy->cpu);
        // 调用内部函数 __cpufreq_cooling_register()，正式注册 cooling device
        // np：CPU 的设备树节点；policy：CPU 的频率策略；em：能量模型。
		cdev = __cpufreq_cooling_register(np, policy, em);
		
		// 检查注册是否成功
		if (IS_ERR(cdev)) {
			pr_err("cpufreq_cooling: cpu%d failed to register as cooling device: %ld\n",
			       policy->cpu, PTR_ERR(cdev));
			cdev = NULL;
		}
	}
	// of_get_cpu_node() 会增加设备树节点的引用计数。
	// 用完后必须调用 of_node_put() 释放，否则会内存泄漏。
	of_node_put(np); // 释放 device_node 引用
	return cdev;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(of_cpufreq_cooling_register);
（3）cpufreq_cooling_unregister

cpufreq_cooling 卸载函数。把 CPU cooling device 从 thermal framework 中移除，并清理所有资源

c 复制代码 
/**
 * cpufreq_cooling_unregister - function to remove cpufreq cooling device.
 * @cdev: thermal cooling device pointer.
 *
 * This interface function unregisters the "cpufreq-%x" cooling device.
 */
void cpufreq_cooling_unregister(struct thermal_cooling_device *cdev)
{
	struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev;

	// thermal_cooling_device 为空，cooling device是没有的。
	if (!cdev)
		return;

	// 从 cooling_device 中，获取cpufreq_cooling_device 对象。
	cpufreq_cdev = cdev->devdata;

	// cooling device取消注册。
	thermal_cooling_device_unregister(cdev);
	// 移除频率 QoS 请求。
	freq_qos_remove_request(&cpufreq_cdev->qos_req);
	// 释放空闲时间统计资源
	free_idle_time(cpufreq_cdev);
	// 释放 cpufreq_cooling_device 内存
	kfree(cpufreq_cdev);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(cpufreq_cooling_unregister);

注册时，系统在 thermal 框架里注册了一个 cooling device：cooling_deviceX。thermal governor 可以调用它来降低 CPU 频率。

注销时，从 thermal 框架注销：cooling_deviceX 消失。删除 CPU 频率限制（QoS request 移除）。释放统计数据和内存。

3.2.2 __cpufreq_cooling_register

__cpufreq_cooling_register() 是 CPUFreq Cooling Device 的注册核心流程，它完成了把一个 cpufreq_policy 包装成 thermal framework 能识别的 thermal_cooling_device。

输入参数：

np：设备树节点（thermal zone 绑定用）

policy：cpufreq 的策略对象（涵盖一个 cluster 的 CPU 频率策略）

em：能效模型（Energy Model），用来做频率 ↔ 功率映射

返回：

成功 → 注册完成的 thermal_cooling_device *

失败 → ERR_PTR(error_code)

c 复制代码 
/**
 * __cpufreq_cooling_register - helper function to create cpufreq cooling device
 * @np: a valid struct device_node to the cooling device tree node
 * @policy: cpufreq policy
 * Normally this should be same as cpufreq policy->related_cpus.
 * @em: Energy Model of the cpufreq policy
 *
 * This interface function registers the cpufreq cooling device with the name
 * "cpufreq-%s". This API can support multiple instances of cpufreq
 * cooling devices. It also gives the opportunity to link the cooling device
 * with a device tree node, in order to bind it via the thermal DT code.
 *
 * Return: a valid struct thermal_cooling_device pointer on success,
 * on failure, it returns a corresponding ERR_PTR().
 */
static struct thermal_cooling_device *
__cpufreq_cooling_register(struct device_node *np,
			struct cpufreq_policy *policy,
			struct em_perf_domain *em)
{
	struct thermal_cooling_device *cdev;
	struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev;
	unsigned int i;
	struct device *dev;
	int ret;
	struct thermal_cooling_device_ops *cooling_ops;
	char *name;

	// 参数合法性检查：policy 必须有效，否则直接失败。
	if (IS_ERR_OR_NULL(policy)) {
		pr_err("%s: cpufreq policy isn't valid: %p\n", __func__, policy);
		return ERR_PTR(-EINVAL);
	}

	// 获取 policy 主 CPU 的 struct device，失败返回错误。
	dev = get_cpu_device(policy->cpu);
	if (unlikely(!dev)) {
		pr_warn("No cpu device for cpu %d\n", policy->cpu);
		return ERR_PTR(-ENODEV);
	}

	// 统计 cpufreq 表里有效频率数，如果没有，就没法做 cooling。
	i = cpufreq_table_count_valid_entries(policy);
	if (!i) {
		pr_debug("%s: CPUFreq table not found or has no valid entries\n",
			 __func__);
		return ERR_PTR(-ENODEV);
	}

	// 分配 cpufreq_cooling_device 内存
	cpufreq_cdev = kzalloc(sizeof(*cpufreq_cdev), GFP_KERNEL);
	if (!cpufreq_cdev)
		return ERR_PTR(-ENOMEM);
	// 申请 cooling_device 的私有对象 cpufreq_cdev，并绑定 policy	
	cpufreq_cdev->policy = policy;

	// 分配 idle_time 结构
	// 为每个 CPU 分配 idle_time 数组（大小 = 这个 cluster 的 CPU 数
	ret = allocate_idle_time(cpufreq_cdev);
	if (ret) {
		cdev = ERR_PTR(ret);
		goto free_cdev;
	}

	/* max_level is an index, not a counter */
	// 设置最大 state，max_level 不是频率数，而是最大索引。因此，最大 state 与索引相等。
	cpufreq_cdev->max_level = i - 1;

	// 绑定基础接口：查询 / 修改 cooling state
	cooling_ops = &cpufreq_cdev->cooling_ops;
	cooling_ops->get_max_state = cpufreq_get_max_state;
	cooling_ops->get_cur_state = cpufreq_get_cur_state;
	cooling_ops->set_cur_state = cpufreq_set_cur_state;

// power_allocator governor 可以根据功耗预算做精细控制，配置能效模型 (EM)
#ifdef CONFIG_THERMAL_GOV_POWER_ALLOCATOR
	if (em_is_sane(cpufreq_cdev, em)) {
		cpufreq_cdev->em = em;
		cooling_ops->get_requested_power = cpufreq_get_requested_power;
		cooling_ops->state2power = cpufreq_state2power;
		cooling_ops->power2state = cpufreq_power2state;
	} else
#endif
	// 检查频率表是否排序
	if (policy->freq_table_sorted == CPUFREQ_TABLE_UNSORTED) {
		pr_err("%s: unsorted frequency tables are not supported\n",
		       __func__);
		cdev = ERR_PTR(-EINVAL);
		goto free_idle_time; // 无效表，直接清退
	}

	// 添加 Freq QoS 限制
	// step1: 初始值 = state=0 → 最大频率
	// step2: 更新这个 qos_req 来限频
	ret = freq_qos_add_request(&policy->constraints,
				   &cpufreq_cdev->qos_req, FREQ_QOS_MAX,
				   get_state_freq(cpufreq_cdev, 0));
	if (ret < 0) {
		pr_err("%s: Failed to add freq constraint (%d)\n", __func__,
		       ret);
		cdev = ERR_PTR(ret);
		goto free_idle_time;
	}

	cdev = ERR_PTR(-ENOMEM);
	// 生成 cooling device 名字，比如 "cpufreq-cpu0
	name = kasprintf(GFP_KERNEL, "cpufreq-%s", dev_name(dev));
	if (!name)
		goto remove_qos_req;

	// 向 thermal 框架注册，绑定 ops & 私有数据
	cdev = thermal_of_cooling_device_register(np, name, cpufreq_cdev,
						  cooling_ops);
	kfree(name);

	if (IS_ERR(cdev))
		goto remove_qos_req;

	return cdev;

remove_qos_req:
	freq_qos_remove_request(&cpufreq_cdev->qos_req); // 移除 QoS 请求
free_idle_time:
	free_idle_time(cpufreq_cdev); // 释放 idle_time
free_cdev:
	kfree(cpufreq_cdev); // 释放 cpufreq_cdev
	return cdev;
}

总结（核心流程）

  • 检查 cpufreq_policy 是否有效
  • 获取 CPU device，检查频率表
  • 分配并初始化 cpufreq_cooling_device
  • 分配 idle_time
  • 设置 cooling_ops（基本 or power-aware）
  • 添加 Freq QoS 请求
  • 调用 thermal_of_cooling_device_register() 注册到 thermal 框架
  • 如果失败，按顺序释放资源

3.2.3 cpufreq_set_cur_state

函数 cpufreq_set_cur_state() 和 get_state_freq() 是 CPUFreq cooling device 实际 执行限频动作 的关键代码。逐行解析一下：

（1）cpufreq_set_cur_state

输入：

  • cdev → cooling device
  • state → 目标 cooling state（0 = 不限频，越大代表限制越强）

返回：

  • 0 成功
  • <0 失败
c 复制代码 
/**
 - cpufreq_set_cur_state - callback function to set the current cooling state.
 - @cdev: thermal cooling device pointer.
 - @state: set this variable to the current cooling state.
 -  - Callback for the thermal cooling device to change the cpufreq
 - current cooling state.
 -  - Return: 0 on success, an error code otherwise.
 */
static int cpufreq_set_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
				 unsigned long state)
{
	// 从 cooling device 拿到 cpufreq_cooling_device 私有数据
	struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
	struct cpumask *cpus;
	unsigned int frequency;
	int ret;

	/* Request state should be less than max_level */
	// state 必须合法 (0 <= state <= max_level)。max_level = 有效频率数 - 1。
	if (state > cpufreq_cdev->max_level)
		return -EINVAL;

	/* Check if the old cooling action is same as new cooling action */
	// 如果新 state 和旧 state 相同 → 无需更新，直接返回。
	if (cpufreq_cdev->cpufreq_state == state)
		return 0;

	// 根据 state 映射出实际目标频率。
	// 核心：state 是一个抽象的冷却级别，最终要转换成频率
	frequency = get_state_freq(cpufreq_cdev, state);

	// 更新 QoS 请求，把 CPU cluster 的 最大频率限制 改成目标值。
	ret = freq_qos_update_request(&cpufreq_cdev->qos_req, frequency);
	// 如果成功，cpufreq framework 会调节频率策略，使实际频率 ≤ frequency。
	if (ret >= 0) {
		cpufreq_cdev->cpufreq_state = state; // 更新 cooling device 内部记录的当前 state
		cpus = cpufreq_cdev->policy->related_cpus;
		arch_update_thermal_pressure(cpus, frequency); // 更新 thermal_pressure
		ret = 0;
	}

	// 返回 0 表示成功
	return ret;
}

cpufreq_set_cur_state() 的功能是：

  • 检查 state 是否有效
  • 将 state 转换为频率 (get_state_freq())
  • 通过 freq_qos_update_request() 更新最大频率限制
  • 更新内部状态 & 通知调度器
（2）get_state_freq

输入：state → cooling state

输出：对应的频率（单位：kHz）

c 复制代码 
static unsigned int get_state_freq(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev,
				   unsigned long state)
{
	struct cpufreq_policy *policy;
	unsigned long idx;

#ifdef CONFIG_THERMAL_GOV_POWER_ALLOCATOR
	/* Use the Energy Model table if available */
	// 如果启用了能效模型 (EM)，优先用 EM 表
	if (cpufreq_cdev->em) {
		// 用 max_level - state 做索引
		// state=0 → idx = max_level → 表示最高频率
		// state=max_level → idx=0 → 表示最低频率
		idx = cpufreq_cdev->max_level - state;
		return cpufreq_cdev->em->table[idx].frequency;
	}
#endif

	/* Otherwise, fallback on the CPUFreq table */
	// 如果没有 EM，就 fallback 到 cpufreq policy 的频率表
	policy = cpufreq_cdev->policy;
	// 如果频率表升序排列，用 max_level - state；否则直接用 state
	if (policy->freq_table_sorted == CPUFREQ_TABLE_SORTED_ASCENDING)
		idx = cpufreq_cdev->max_level - state;
	else
		idx = state;

	// 返回对应频率
	return policy->freq_table[idx].frequency;
}

整体逻辑总结

  • Cooling state ↔ 频率 的映射规则：
    state = 0 → 不限频 → 最高频率
    state = max_level → 最强冷却 → 最低频率
  • cpufreq_set_cur_state() 用 freq_qos_update_request() 来实际限频
  • get_state_freq() 负责把抽象的 state 翻译成实际频率

3.2.4 allocate_idle_time/free_idle_time

非 SMP模式下，为 cluster 中每个 CPU 记录 idle 时间，用于计算负载。在注册 / 注销 cooling device 时分配和释放。

c 复制代码 
static int allocate_idle_time(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev)
{
	unsigned int num_cpus = cpumask_weight(cpufreq_cdev->policy->related_cpus);

	// 分配内存，需要 CPU 数量匹配。
	cpufreq_cdev->idle_time = kcalloc(num_cpus,
					  sizeof(*cpufreq_cdev->idle_time),
					  GFP_KERNEL);
	if (!cpufreq_cdev->idle_time)
		return -ENOMEM;

	return 0;
}

static void free_idle_time(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev)
{
	// 释放内存
	kfree(cpufreq_cdev->idle_time);
	cpufreq_cdev->idle_time = NULL;
}

3.2.5 cpufreq_power2state / cpufreq_state2power

cpufreq_power2state 和 cpufreq_state2power 都是在 CONFIG_THERMAL_GOV_POWER_ALLOCATOR 配置了才有意义。

（1）cpufreq_state2power

从 cooling state → 功耗（假设 100% 负载）。

功能说明：

  • 输入：cooling state（state）。
  • 输出：假设 100% 负载 时，对应频率下的 功耗（mW）。
  • 应用：thermal 框架用它来评估"如果 CPU 被限制到这个 state，会消耗多少功率"。
c 复制代码 
/**
 * cpufreq_state2power() - convert a cpu cdev state to power consumed
 * @cdev:	&thermal_cooling_device pointer
 * @state:	cooling device state to be converted
 * @power:	pointer in which to store the resulting power
 *  * Convert cooling device state @state into power consumption in
 * milliwatts assuming 100% load.  Store the calculated power in
 * @power.
 *  * Return: 0 on success, -EINVAL if the cooling device state is bigger
 * than maximum allowed.
 */
static int cpufreq_state2power(struct thermal_cooling_device *cdev,
			       unsigned long state, u32 *power)
{
	unsigned int freq, num_cpus, idx;
	struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;

	/* Request state should be less than max_level */
	// 越界检查：cooling state 必须在 0 ~ max_level 范围内
	// state 本质上就是 level 等级
	if (state > cpufreq_cdev->max_level)
		return -EINVAL;

	// 获取这个 cooling device 涵盖的 CPU 数（通常是 cluster 内所有 CPU）
	num_cpus = cpumask_weight(cpufreq_cdev->policy->cpus);

	// cooling state 映射到频率表索引。获取频率。
	idx = cpufreq_cdev->max_level - state;
	freq = cpufreq_cdev->em->table[idx].frequency;
	// 调用 cpu_freq_to_power() 获取该频率下的单核功耗，再乘以核数
	*power = cpu_freq_to_power(cpufreq_cdev, freq) * num_cpus;

	return 0;
}
（2）cpufreq_power2state

从目标功耗 → cooling state（结合最近负载）。

功能说明：

  • 输入：目标功耗上限（power，单位 mW）。
  • 输出：对应的 cooling state（state）。
  • 应用：thermal governor 通过功耗预算，算出应设置的 cooling state 来限制 CPU。
c 复制代码 
/**
 * cpufreq_power2state() - convert power to a cooling device state
 * @cdev:	&thermal_cooling_device pointer
 * @power:	power in milliwatts to be converted
 * @state:	pointer in which to store the resulting state
 *
 * Calculate a cooling device state for the cpus described by @cdev
 * that would allow them to consume at most @power mW and store it in
 * @state.  Note that this calculation depends on external factors
 * such as the CPUs load.  Calling this function with the same power
 * as input can yield different cooling device states depending on those
 * external factors.
 *
 * Return: 0 on success, this function doesn't fail.
 */
static int cpufreq_power2state(struct thermal_cooling_device *cdev,
			       u32 power, unsigned long *state)
{
	unsigned int target_freq;
	u32 last_load, normalised_power;
	struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
	struct cpufreq_policy *policy = cpufreq_cdev->policy;

	// 使用最近一次统计的 CPU 平均负载。空值则默认1.
	last_load = cpufreq_cdev->last_load ?: 1;
	// 功率按负载进行"归一化"。如果当前负载不是 100%，则需要换算到等效 100% 负载下的功耗。
	normalised_power = (power * 100) / last_load;
	// 查找能满足 normalised_power 的频率
	target_freq = cpu_power_to_freq(cpufreq_cdev, normalised_power);
    // 根据目标频率，反推出 cooling state，即level
	*state = get_level(cpufreq_cdev, target_freq);
	trace_thermal_power_cpu_limit(policy->related_cpus, target_freq, *state,
				      power);
	return 0;
}
（3）get_level
c 复制代码 
/**
 * get_level: Find the level for a particular frequency
 * @cpufreq_cdev: cpufreq_cdev for which the property is required
 * @freq: Frequency
 *  * Return: level corresponding to the frequency.
 */
static unsigned long get_level(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev,
			       unsigned int freq)
{
	int i; // 局部变量，用作索引，从最高的 table 索引向下扫描。使用 int 是为了可以表示 -1（循环结束时 i 可能变为 -1）

	// 循环体：从 max_level - 1（表的最后一个索引）开始向下遍历到 0。
	// 注意： max_level 是 num_levels - 1，所以 max_level-1 是倒数第二项。
	// 注意：如果 max_level 为 0，则 i = -1，循环一次也不进入（安全地跳过循环）。
	for (i = cpufreq_cdev->max_level - 1; i >= 0; i--) {
		// 目的：在 EM 表中找到第一个 em->table[i].frequency 小于 freq 的索引。
		// 注意：当 freq 大于某个表项频率时停止（意味着 freq 位于 i+1 项或更高）
		if (freq > cpufreq_cdev->em->table[i].frequency)
			break;
	}

	// (cpufreq_cdev->max_level - 1) - i，计算并返回映射后的 level。
	return cpufreq_cdev->max_level - i - 1;
}

返回结果：根据 i 的可能取值（-1 到 N-1），返回值落在 [0, N]（含端点）。

  • 若循环在 i = N-1 立刻 break（意味着 freq > table[N-1]），返回 N - (N-1) - 1 = 0。
  • 若循环完全未触发 break（i 变为 -1，意味着 freq <= table[0]），返回 N - (-1) - 1 = N。

人能懂的解释-_-！ ：

① i 是一个循环遍历的角标，初值是 cpufreq_cdev->max_level - 1，这是个什么玩意呢？一步步看，cpufreq_cdev 是一个cpufreq_cooling_device指针，如结构体分析那部分，max_level 最大 cooling level 最大的角标值（倒数第一个），这里（max_level - 1）就指向最大索引的前一个，倒数第二个。

② 这个循环是 i-- 循环的，也就是检索位置不断的从后往前走，一个倒叙遍历过程。

③ freq > cpufreq_cdev->em->table[i].frequency 很直白的解释就是，传入了一个freq，通过检索这个表em->table，找到第一个比传入值小的位置，有链表插入节点时，遍历找节点位置的感觉。

④ 某个 i 满足条件，break跳出。此时，em->table[i].frequency < freq < em->table[i+1].frequency，freq正式可以确定位置。

⑤ 然而不是第三者插足，返回 (cpufreq_cdev->max_level - 1) - i 这个值。这是个什么意思呢？字面上看 (cpufreq_cdev->max_level - 1) - i 这个就是 em->table 中的个数差，从em->table[max_level - 1] 到 em->table[i] 这个跨度的差值，从"最大频率table[max_level - 1].frequency"到"判定标准freq"的差值。恰好用这个差值来表示level，这样就更上面的结果对的上：

  • level -> 小，i -> 大，频率值 em->table[i].frequency 比较大，cpu可以高频运行 ------ 限制小，冷却强度低
  • level -> 大，i -> 小，频率值 em->table[i].frequency 比较小，cpu需要低频运行 ------ 限制大，冷却强度高

因此，频率越高，返回的 level 越小；频率越低，返回的 level 越大（通常 level 越大表示越强的冷却/更低的频率限制）。

重要实现细节与注意点

  • 表必须有序：em->table[] 必须按频率升序（table[0] <= table[1] <= ... <= table[N-1]）才能保证此算法语义正确。否则结果不可预期。
  • 等号边界：使用 >（严格大于）导致 等于某个 table 项 的 freq 会被映射到更高的 level（比那个 table 项的"档"更严格）。这是刻意行为，但要确认上层期望。
  • 返回范围：返回值范围是 0 到 max_level（包含 max_level）。如果上层期待的合法 level 范围是 0...max_level-1，那么这里会出现 越界（off-by-one） 的问题 ------ 需要核对 max_level 的定义（是"最大等级"还是"等级数"）。
（4）cpu_freq_to_power / cpu_power_to_freq

cpu_freq_to_power ：从频率 → 功耗 的映射。通过频率值，找出CPU能够持续运行的功耗数据映射。

cpu_power_to_freq：从功耗 → 频率 的映射。给定一个 功耗预算（power），算出 CPU 能跑的最高频率。

c 复制代码 
static u32 cpu_freq_to_power(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev,
			     u32 freq)
{
	unsigned long power_mw;
	int i;

	// for 循环与上面 get_level 相同，寻找比 freq 小的第一个 table[i].frequency
	for (i = cpufreq_cdev->max_level - 1; i >= 0; i--) {
		if (freq > cpufreq_cdev->em->table[i].frequency)
			break;
	}

	// 确定 i，table[i + 1]的频率更高，table[i + 1].frequency就是第一个 ≥ freq 的频率档。
	// 用它的功耗值作为结果，接近要求，限制又过得去 >>>>> 性能还是要考虑下的
	power_mw = cpufreq_cdev->em->table[i + 1].power;
	// EM 表里的 power 单位是 µW（微瓦），换算成 mW（毫瓦）
	power_mw /= MICROWATT_PER_MILLIWATT;

	return power_mw;
}

static u32 cpu_power_to_freq(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev,
			     u32 power)
{
	unsigned long em_power_mw;
	int i;

	// 从最高 level（即最低频率）往回扫描。因为取的是功耗，level 大，power 小，可以按功耗增序遍历
	for (i = cpufreq_cdev->max_level; i > 0; i--) {
		/* Convert EM power to milli-Watts to make safe comparison */
		// 取出该频率档对应的 µW 功耗。
		em_power_mw = cpufreq_cdev->em->table[i].power;
		// 单位转换 µW → mW。
		em_power_mw /= MICROWATT_PER_MILLIWATT;
		// 如果目标功率大于等于这一档的功耗，说明目标功耗至少能支撑到这一档。
		// 于是选定这个档位，退出循环。
		if (power >= em_power_mw)
			break;
	}

	// 此时的位置，指向数据的频率就是满足目标功耗的最佳频率
	return cpufreq_cdev->em->table[i].frequency;
}

3.2.6 cpufreq_get_requested_power

（1）cpufreq_get_requested_power

cpufreq_get_requested_power 计算当前 CPU cluster 的动态功耗（单位 mW），存入 *power。

c 复制代码 
/**
 * cpufreq_get_requested_power() - get the current power
 * @cdev:	&thermal_cooling_device pointer
 * @power:	pointer in which to store the resulting power
 *
 * Calculate the current power consumption of the cpus in milliwatts
 * and store it in @power.  This function should actually calculate
 * the requested power, but it's hard to get the frequency that
 * cpufreq would have assigned if there were no thermal limits.
 * Instead, we calculate the current power on the assumption that the
 * immediate future will look like the immediate past.
 *
 * We use the current frequency and the average load since this
 * function was last called.  In reality, there could have been
 * multiple opps since this function was last called and that affects
 * the load calculation.  While it's not perfectly accurate, this
 * simplification is good enough and works.  REVISIT this, as more
 * complex code may be needed if experiments show that it's not
 * accurate enough.
 *
 * Return: 0 on success, this function doesn't fail.
 */
static int cpufreq_get_requested_power(struct thermal_cooling_device *cdev,
				       u32 *power)
{
	unsigned long freq;
	int i = 0, cpu;
	u32 total_load = 0;
	// 从 thermal_cooling_device 获取内部的 cpufreq_cooling_device。
	struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
	// 通过 policy 获取该 CPU 或 CPU cluster 的调频策略
	struct cpufreq_policy *policy = cpufreq_cdev->policy;

	// 获取当前 CPU 的频率（kHz）。
	freq = cpufreq_quick_get(policy->cpu);

	// 遍历该 policy 管理的所有相关 CPU
	for_each_cpu(cpu, policy->related_cpus) {
		u32 load;

		if (cpu_online(cpu))
			// 对于在线 CPU：调用 get_load() 获取其负载（%）
			load = get_load(cpufreq_cdev, cpu, i);
		else
			load = 0; // 对于离线 CPU：负载记为 0。

		// total_load 是 cluster 的总负载百分比
		total_load += load;
	}

	// 记录最新的总负载，供下一次使用（以及给 governor 或 thermal 框架参考）
	cpufreq_cdev->last_load = total_load;

	// 根据频率和（隐含的负载信息）计算动态功耗
	*power = get_dynamic_power(cpufreq_cdev, freq);

	trace_thermal_power_cpu_get_power_simple(policy->cpu, *power);

	return 0;
}
（2）get_load

非 SMP模式下， 获取单个 CPU 在 上一次调用之后的平均负载（%）。

c 复制代码 
/**
 * get_load() - get load for a cpu
 * @cpufreq_cdev: struct cpufreq_cooling_device for the cpu
 * @cpu: cpu number
 * @cpu_idx: index of the cpu in time_in_idle array
 *
 * Return: The average load of cpu @cpu in percentage since this
 * function was last called.
 */
static u32 get_load(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev, int cpu,
		    int cpu_idx)
{
	u32 load;
	u64 now, now_idle, delta_time, delta_idle;
	// 获取该 CPU 对应的 idle_time 记录，里面存放上次采样的时间戳和 idle 值。
	struct time_in_idle *idle_time = &cpufreq_cdev->idle_time[cpu_idx];

	// 获取当前时刻的 CPU idle 时间（纳秒/微秒级别，具体实现和架构相关）
	// now：当前时间戳。---> now_idle：当前 CPU 累积的空闲时间。
	now_idle = get_cpu_idle_time(cpu, &now, 0);
	delta_idle = now_idle - idle_time->time; // 空闲时间增量
	delta_time = now - idle_time->timestamp; // 总时间增量

	if (delta_time <= delta_idle)
		// CPU 全程 idle → 负载 = 0
		load = 0;
	else
		// 活跃时间占比，换算成百分比。计算规则见下图
		load = div64_u64(100 * (delta_time - delta_idle), delta_time);

	// 更新采样点，为下一次调用做准备
	idle_time->time = now_idle;
	idle_time->timestamp = now;

	return load;
}

计算公式图：

（3）get_dynamic_power
c 复制代码 
/**
 * get_dynamic_power() - calculate the dynamic power
 * @cpufreq_cdev:	&cpufreq_cooling_device for this cdev
 * @freq:	current frequency
 *
 * Return: the dynamic power consumed by the cpus described by
 * @cpufreq_cdev.
 */
static u32 get_dynamic_power(struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev,
			     unsigned long freq)
{
	u32 raw_cpu_power;

	// 用频率查找当前适配的功率
	raw_cpu_power = cpu_freq_to_power(cpufreq_cdev, freq);
	return (raw_cpu_power * cpufreq_cdev->last_load) / 100;
}

3.3 执行过程

3.3.1 流程步骤总结

（1）注册阶段

① of_cpufreq_cooling_register(policy)

  • 从 DT 获取 CPU 节点，检查是否有 #cooling-cells。
  • 获取 Energy Model (em_cpu_get())。
  • 调用 __cpufreq_cooling_register()。

② __cpufreq_cooling_register()

  • 分配并初始化 cpufreq_cooling_device。
  • 统计 freq table → 设置 max_level。
  • 初始化 cooling_ops (get/set state, power2state, state2power 等)。
  • 添加 Freq QoS request（最大频率约束）。
  • 调用 thermal_of_cooling_device_register() 注册到 thermal 框架。

③ 注册完成后，thermal framework 就能在 thermal_zone_device 中找到这个 cooling device

（2）运行阶段（温控检测）

① Thermal zone 的 sensor 报告温度。
② Thermal governor（如 step_wise 或 power_allocator）：

  • 判断当前温度是否超过 trip point。
  • 如果过热，需要调用 cooling device → 增加 state。
（3）限频触发阶段

① Governor 调用 cpufreq_set_cur_state(cdev, state)。

② 内部执行：

  • get_state_freq(cpufreq_cdev, state) → 把 state 转换为目标频率。
  • freq_qos_update_request(&cpufreq_cdev->qos_req, frequency) → 更新 QoS 限制。
  • 调用 arch_update_thermal_pressure() → 通知调度器该 CPU cluster 的算力下降。

③ Cpufreq core 接收到新的 QoS 限制 → 调整频率 policy，使 CPU 频率 ≤ 限制值。

（4）效果
  • CPU cluster 被降频 → 功耗和发热降低 → 热点温度下降。
  • Governor 周期性检查温度，动态调整 state（升高/降低）。

3.3.2 执行时序图

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