CN116107410B - 一种Linux系统下显卡的电源管理方法及系统 - Google Patents

一种Linux系统下显卡的电源管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Linux系统下显卡的电源管理方法及系统，该电源管理方法包括：启动步骤：xorg开始启动时，xorg配置选项通过DDX进行设备参数配置，DDX把读取到的参数下发给设备驱动KMS，设备驱动KMS对模块进行开关处理；运行步骤：显卡正常运行时，通过应用层对各模块使用情况进行检测，当某些模块处于可挂起状态时，通知驱动运行第一配置；当某些模块处于高需求状态时，通知驱动运行第二配置；处理步骤：xorg停止时，关闭指定的模块时钟，降低电压，降低风扇转速。本发明的有益效果是：本发明除了解决现有pm runtime的局限性外，对整个显卡runtime的电源进行了精细化管理，更充分地发挥显卡的性能、节省显卡的功耗和保护显卡硬件。

Description

一种Linux系统下显卡的电源管理方法及系统
技术领域
本发明涉及显卡技术领域，尤其涉及一种Linux系统下显卡的电源管理方法及系统。
背景技术
目前linux 显卡的电源管理主要基于传统的linux pm模块实现。其中pm下的runtime功能实现了运行时的电源管理控制。目前基于linux pm(power management)下的runtime机制已经非常成熟，原理是通过一个引用计数（usage_counter）统计当前设备是否给使用，当usage_counter减到0时代表设备处于可挂起状态，这时候设备驱动可以进入runtime_suspend状态，厂商这时可以做一些节省功耗的动作；当usage_counter大于0时，设备进入rumtime_resume状态，厂商这时需要把设备设置到正常工作状态下。
以上所描述的pm runtime看起来机制成熟，但在很多场景下存在一定的局限性，而且不够灵活。当多个物理设备统一被注册成linux 设备时(也就是一个驱动里面包含看多个物理设备或设备模块)，通常显卡就是这样的一个设备，如显卡里面包含了gpu、decoder、display、pcie、mcu等非常多的硬件模块。为了方便管理所有模块，一般都是只开发一个设备驱动来进行管理。这种场景下，所有设备共用一个引用计数（usage_counter），只要有其中一个模块还在使用，其他模块就没有办法进入低功耗模式，一些没必要的设备处于空转状态，造成功耗和资源浪费。另外pm runtime不方便管理整个显卡的资源使用和分配，例如现在某个模块空转，另外一个模块需求增加，还有当前显卡温度，风扇转速状况等。
发明内容
本发明提供了一种Linux系统下显卡的电源管理方法，包括：
启动步骤：xorg开始启动时， DDX通过读取xorg配置选项进行设备参数配置，DDX把读取到的参数下发给设备驱动KMS，设备驱动KMS对模块进行开关处理，xorg为linux图像显示X框架主进程，DDX是xorg设备厂商应用层驱动；
运行步骤：显卡正常运行时，通过应用层对各模块使用情况进行检测，当全部模块或部分模块处于可挂起状态时，通知驱动运行第一配置；当全部模块或部分模块处于高需求状态时，通知驱动运行第二配置；驱动轮询模块负载，当某模块处于高负载的时候，则认定当前模块处于高需求状态；
处理步骤：xorg停止时，关闭指定的模块时钟，降低板卡电压，降低风扇转速。
作为本发明的进一步改进，所述模块包括gpu、视频解码模块、显示模块。
作为本发明的进一步改进，所述第一配置包括降低模块工作电压、关闭部分模块时钟、降低部分模块频率、调低风扇转速，所述第二配置包括提高模块工作频率、提高模块工作电压、提高风扇转速。
作为本发明的进一步改进，在所述运行步骤中，实时进行显卡的温度检测，当温度大于设定值时，动态调高风扇转速进行散热，如果温度超过阀值时，进行降低板卡工作电压、降低部分模块频率进行硬件保护处理。
作为本发明的进一步改进，在所述启动步骤中，驱动初始化，驱动获取显卡支持模块，对不存在或不工作的模块时钟进行关闭；通过窗口管理器进行xorg启动，DDX初始化，DDX跟KMS进行通讯，获取当前支持模块列表，KMS表示设备的驱动；DDX根据xorg选项，获取需要开启或关闭的模块列表，并把模块列表传输给KMS；KMS根据接收到的模块列表，进一步对模块进行开关处理，关闭没必要模块时钟，并实时进行调压调频处理，没必要模块是模块列表中要被关闭的模块，没必要模块根据模块列表决定，例如，模块列表中的视频解码模块是要被关闭的，那么视频解码模块就是没必要模块。
作为本发明的进一步改进，在所述运行步骤中，当系统进行屏幕熄灭/重新亮起时，DDX收到xorg的dpms信息，DDX给KMS发送控制显示模块指令, dpms为显示电源管理信号；KMS收到控制显示模块指令，对显示模块时钟进行关闭/开启，调整显示模块的电压和调整显示模块工作频率，通过PWM调整风扇转速；
在所述运行步骤中，应用层进行视频播放/终止时，视频解码模块进行实时开关时钟，调整视频解码模块电压，并调整视频解码模块工作频率，通过PWM调整风扇转速。
作为本发明的进一步改进，在所述运行步骤中，实时检测温度传感器读到的数值，当检测到的温度数值超过阈值时，模块进行降压降频，并通过PWM提高风扇转速进行快速散热；当温度恢复正常时，模块的电压、频率和风扇转速进行恢复。
作为本发明的进一步改进，在所述处理步骤中，桌面管理器关闭桌面时，DDX检测到关闭桌面信号，DDX和KMS进行通讯并发送控制指令，KMS根据接收到的控制指令，关闭指定的模块时钟，并把全部模块的电压、频率和风扇转速调到最低值。
本发明还提供了一种Linux系统下显卡的电源管理系统，包括：
启动模块：xorg开始启动时， DDX通过读取xorg配置选项进行设备参数配置，DDX把读取到的参数下发给设备驱动KMS，设备驱动KMS对模块进行开关处理，xorg为linux图像显示X框架主进程，DDX是xorg设备厂商应用层驱动；
运行模块：显卡正常运行时，通过应用层对各模块使用情况进行检测，当全部模块或部分模块处于可挂起状态时，通知驱动运行第一配置；当全部模块或部分模块处于高需求状态时，通知驱动运行第二配置；驱动轮询模块负载，当某模块处于高负载的时候，则认定当前模块处于高需求状态；
处理模块：xorg停止时，关闭指定的模块时钟，降低板卡电压，降低风扇转速。
作为本发明的进一步改进，所述第一配置包括降低模块工作电压、关闭部分模块时钟、降低部分模块频率、调低风扇转速，所述第二配置包括提高模块工作频率、提高模块工作电压、提高风扇转速。
作为本发明的进一步改进，在所述运行模块中，实时进行显卡的温度检测，当温度大于设定值时，动态调高风扇转速进行散热，如果温度超过阀值时，进行降低板卡工作电压、降低部分模块频率进行硬件保护处理。
作为本发明的进一步改进，在所述启动模块中，驱动初始化，驱动获取显卡支持模块，对不存在或不工作的模块时钟进行关闭；通过窗口管理器进行xorg启动，DDX初始化，DDX跟KMS进行通讯，获取当前支持模块列表，KMS表示设备的驱动；DDX根据xorg选项，获取需要开启或关闭的模块列表，并把模块列表传输给KMS；KMS根据接收到的模块列表，进一步对模块进行开关处理，关闭没必要模块时钟，并实时进行调压调频处理，没必要模块是模块列表中要被关闭的模块，没必要模块根据模块列表决定，例如，模块列表中的视频解码模块是要被关闭的，那么视频解码模块就是没必要模块。
作为本发明的进一步改进，在所述运行模块中，当系统进行屏幕熄灭/重新亮起时，DDX收到xorg的dpms信息，DDX给KMS发送控制显示模块指令, dpms为显示电源管理信号；KMS收到控制显示模块指令，对显示模块时钟进行关闭/开启，调整显示模块的电压和调整显示模块工作频率，通过PWM调整风扇转速；
在所述运行模块中，应用层进行视频播放/终止时，视频解码模块进行实时开关时钟，调整视频解码模块电压，并调整视频解码模块工作频率，通过PWM调整风扇转速。
本发明的有益效果是：本发明除了解决现有pm runtime的局限性外，对整个显卡runtime的电源进行了精细化管理，更充分地发挥显卡的性能、节省显卡的功耗和保护显卡硬件。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
本发明公开了一种Linux系统下显卡的电源管理方法，包括：
启动步骤：xorg开始启动时， DDX通过读取xorg配置选项进行设备参数配置，DDX把读取到的参数下发给设备驱动KMS，设备驱动KMS对模块进行开关处理，xorg为linux图像显示X框架主进程，DDX是xorg设备厂商应用层驱动。
运行步骤：显卡正常运行时，通过应用层对各模块（如gpu、视频解码模块（VIDEO模块）、显示模块（display模块））使用情况进行检测，当全部模块或部分模块处于可挂起状态时，通知驱动进行对应配置（即，驱动运行第一配置）：如降低模块工作电压，关闭部分模块时钟，降低部分模块频率，调低风扇转速等。当全部模块或部分模块处于高需求状态时，通知驱动进行对应配置（即，驱动运行第二配置）：提高模块工作频率，提高模块工作电压，提高风扇转速等。另外需要实时进行显卡的温度检测，当温度处于比较高时（温度大于设定值时，则认为温度比较高），需要动态调高风扇转速进行散热，如果温度超过阀值时，需要进行降低板卡工作电压，降低部分模块频率进行硬件保护处理。驱动轮询模块负载，当某模块处于高负载的时候，则认定当前模块处于高需求状态。
处理步骤：xorg停止时，关闭指定的模块时钟（例如，关闭大部分的模块时钟），降低板卡电压，降低风扇转速。
模块（如gpu、视频解码模块、显示模块）是板卡上的某一部分硬件。
在图1中，Lightdm start为桌面显示管理器 启动，Lightdm stop为桌面显示管理器 关闭，HW表示硬件。
本发明的代码开发涉及到KMS（设备驱动）和Xserver DDX两部分。硬件soc部分不进行展开说明。KMS步骤命名为Kxx，DDX步骤命名为Dxx。
K1：驱动初始化，驱动获取显卡支持模块，对不存在或不工作的模块时钟进行关闭，减少不使用模块空转带来的额外功耗。
D1：lightdm或gd3等窗口管理器进行xorg启动，DDX初始化，跟KMS进行通讯，获取当前支持模块列表。
D2：DDX根据xorg选项，获取需要开启或关闭的模块列表，并把列表传输给KMS。
K2:KMS根据步骤D2传来的信息，进一步对模块进行开关处理，关闭没必要模块时钟。并实时进行调压调频处理。没必要模块是模块列表中要被关闭的模块，没必要模块根据模块列表决定，例如，模块列表中的视频解码模块是要被关闭的，那么视频解码模块就是没必要模块。
D3：当系统进行屏幕熄灭/重新亮起时，DDX收到xorg的dpms（Display PowerManagement Signaling 显示电源管理信号）信息，DDX给KMS发送控制显示模块指令。通过PWM适当调整风扇转速。
K3：KMS收到显示模块控制模块指令，对显示模块时钟进行关闭/开启，并适当调整电压，和调整显示模块工作频率。通过PWM适当调整风扇转速。
K4：应用层进行视频播放/终止时，视频解码模块进行实时开关时钟，并适当调整电压，并调整视频解码模块工作频率。通过PWM适当调整风扇转速。
K5：实时检测温度传感器读到的数值，当超过阈值时，适当进行降压降频，并通过PWM提高风扇转速进行快速散热。当恢复正常时，需进行电压频率和转速的恢复。
K6：实时检测各模块工作需要情况，当需求大时，适当进行升压升频处理，并进行风扇转速调整。恢复正常时，需进行电压频率和转速的恢复。
D4：当桌面管理器关闭桌面时，DDX检测到关闭桌面信号，和KMS进行通讯，关闭不必要模块时钟。
K7：KMS收到DDX的关闭所有模块指令，进行把没必要大部分模块时钟关闭，并把电压，频率，风扇转速尽可能调到最低值。
本发明的硬件部分支持调频功能、调压功能和pwm功能。
本发明不依赖pm runtime实现。本发明设计的是一套从应用层到驱动层最后到硬件的软件设计框架，不具体深入硬件soc设计和实现。本发明除了解决现有pm runtime的局限性外，对整个显卡runtime的电源进行了精细化管理，更充分地发挥显卡的性能、节省显卡的功耗和保护显卡硬件。
综上，本发明应用在显卡上，能够有效降低运行时功耗，有效提高运行时性能，对电源进行精细化管理。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种Linux系统下显卡的电源管理方法，其特征在于，包括：
启动步骤：xorg开始启动时， DDX通过读取xorg配置选项进行设备参数配置，DDX把读取到的参数下发给设备驱动KMS，设备驱动KMS对模块进行开关处理，xorg为linux图像显示X框架主进程，DDX是xorg设备厂商应用层驱动；
运行步骤：显卡正常运行时，通过应用层对各模块使用情况进行检测，当全部模块或部分模块处于可挂起状态时，通知驱动运行第一配置；当全部模块或部分模块处于高需求状态时，通知驱动运行第二配置；驱动轮询模块负载，当某模块处于高负载的时候，则认定当前模块处于高需求状态；
处理步骤：xorg停止时，关闭指定的模块时钟，降低板卡电压，降低风扇转速；
在所述启动步骤中，驱动初始化，驱动获取显卡支持模块，对不存在或不工作的模块时钟进行关闭；通过窗口管理器进行xorg启动，DDX初始化，DDX跟KMS进行通讯，获取当前支持模块列表，KMS表示设备的驱动；DDX根据xorg选项，获取需要开启或关闭的模块列表，并把模块列表传输给KMS；KMS根据接收到的模块列表，进一步对模块进行开关处理，关闭没必要模块时钟，并实时进行调压调频处理，没必要模块是模块列表中要被关闭的模块；
在所述运行步骤中，当系统进行屏幕熄灭/重新亮起时，DDX收到xorg的dpms信息，DDX给KMS发送控制显示模块指令, dpms为显示电源管理信号；KMS收到控制显示模块指令，对显示模块时钟进行关闭/开启，调整显示模块的电压和调整显示模块工作频率，通过PWM调整风扇转速；
在所述运行步骤中，应用层进行视频播放/终止时，视频解码模块进行实时开关时钟，调整视频解码模块电压，并调整视频解码模块工作频率，通过PWM调整风扇转速。
2.根据权利要求1所述的电源管理方法，其特征在于：所述模块包括gpu、视频解码模块、显示模块。
3.根据权利要求1所述的电源管理方法，其特征在于：所述第一配置包括降低模块工作电压、关闭部分模块时钟、降低部分模块频率、调低风扇转速，所述第二配置包括提高模块工作频率、提高模块工作电压、提高风扇转速。
4.根据权利要求1所述的电源管理方法，其特征在于：在所述运行步骤中，实时进行显卡的温度检测，当温度大于设定值时，动态调高风扇转速进行散热，如果温度超过阀值时，进行降低板卡工作电压、降低部分模块频率进行硬件保护处理。
5.根据权利要求4所述的电源管理方法，其特征在于：在所述运行步骤中，实时检测温度传感器读到的数值，当检测到的温度数值超过阈值时，模块进行降压降频，并通过PWM提高风扇转速进行快速散热；当温度恢复正常时，模块的电压、频率和风扇转速进行恢复。
6.根据权利要求1所述的电源管理方法，其特征在于：在所述处理步骤中，桌面管理器关闭桌面时，DDX检测到关闭桌面信号，DDX和KMS进行通讯并发送控制指令，KMS根据接收到的控制指令，关闭指定的模块时钟，并把全部模块的电压、频率和风扇转速调到最低值。
7.一种Linux系统下显卡的电源管理系统，其特征在于，包括：
启动模块：xorg开始启动时， DDX通过读取xorg配置选项进行设备参数配置，DDX把读取到的参数下发给设备驱动KMS，设备驱动KMS对模块进行开关处理，xorg为linux图像显示X框架主进程，DDX是xorg设备厂商应用层驱动；
运行模块：显卡正常运行时，通过应用层对各模块使用情况进行检测，当全部模块或部分模块处于可挂起状态时，通知驱动运行第一配置；当全部模块或部分模块处于高需求状态时，通知驱动运行第二配置；驱动轮询模块负载，当某模块处于高负载的时候，则认定当前模块处于高需求状态；
处理模块：xorg停止时，关闭指定的模块时钟，降低板卡电压，降低风扇转速；
在所述启动模块中，驱动初始化，驱动获取显卡支持模块，对不存在或不工作的模块时钟进行关闭；通过窗口管理器进行xorg启动，DDX初始化，DDX跟KMS进行通讯，获取当前支持模块列表，KMS表示设备的驱动；DDX根据xorg选项，获取需要开启或关闭的模块列表，并把模块列表传输给KMS；KMS根据接收到的模块列表，进一步对模块进行开关处理，关闭没必要模块时钟，并实时进行调压调频处理，没必要模块是模块列表中要被关闭的模块；
在所述运行模块中，当系统进行屏幕熄灭/重新亮起时，DDX收到xorg的dpms信息，DDX给KMS发送控制显示模块指令, dpms为显示电源管理信号；KMS收到控制显示模块指令，对显示模块时钟进行关闭/开启，调整显示模块的电压和调整显示模块工作频率，通过PWM调整风扇转速；
在所述运行模块中，应用层进行视频播放/终止时，视频解码模块进行实时开关时钟，调整视频解码模块电压，并调整视频解码模块工作频率，通过PWM调整风扇转速。
8.根据权利要求7所述的电源管理系统，其特征在于：所述第一配置包括降低模块工作电压、关闭部分模块时钟、降低部分模块频率、调低风扇转速，所述第二配置包括提高模块工作频率、提高模块工作电压、提高风扇转速。
9.根据权利要求7所述的电源管理系统，其特征在于：在所述运行模块中，实时进行显卡的温度检测，当温度大于设定值时，动态调高风扇转速进行散热，如果温度超过阀值时，进行降低板卡工作电压、降低部分模块频率进行硬件保护处理。
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