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2.4 Thermal和CPU频率管理

X3​

注意

以下内容适用于RDK X3和RDK X3 Module开发板,不适用于RDK Ultra开发板

Thermal控制​

为了避免重负载下芯片过热，在操作系统层面会执行一定程度的功耗管理。SoC有一个内部温度传感器，Thermal子系统会监控该温度。

主要的温度点​

  • **启动温度：**系统启动时的最高温度，如果温度超过该温度，会使系统开机时就立即对CPU和BPU降频。可以通过命令 cat /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_0_temp获得当前配置值，默认是 80000（80摄氏度）。
  • **降频温度：**系统CPU、BPU降频温度点，温度超过该温度点时，CPU和BPU会降低运行频率来降低SoC功耗，CPU最低降到240MHz，BPU最低降到400MHz。可以通过命令 cat /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_1_temp获得当前配置值，默认是 95000（95摄氏度）。
  • **宕机温度：**系统宕机温度点，如果温度超过该温度，为了保护芯片和硬件，系统会关机，建议对设备做好散热处理，避免设备宕机，因为宕机后设备不会自动重启，需要用户手动给开发板断电后再重启。可以通过命令 cat /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_2_temp获得当前配置值，默认是 105000（105摄氏度）。

可通过sudo hrut_somstatus命令查看当前芯片工作频率、温度等状态：

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设置温度点​

系统的降频、宕机温度可以通过命令临时设置。设置的降频温度不能超过宕机温度，宕机温度不能设置超过105度。

例如设置85摄氏度为降频温度点：

echo 85000 > /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_1_temp

例如设置105摄氏度为宕机温度点：

echo 105000 > /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_2_temp

以上命令设置方法，在系统重启后会恢复为默认值，需要重新设置，可以添加到自启动项中自动配置。

CPU频率管理​

在linux内核中，自带了cpufreq子系统用来控制cpu的频率和频率控制策略。

进入目录/sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0，ls 一下，会看到目录中有如下文件：

affected_cpus						// 当前控制影响的CPU核(没有显示处于offline状态的cpu)
cpuinfo_cur_freq					// 当前CPU频率(单位: KHz）
cpuinfo_max_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最高频率(单位: KHz）
cpuinfo_min_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最低频率(单位: KHz）
cpuinfo_transition_latency			// 处理器切换频率所需要的时间(单位:ns)
related_cpus						// 该控制策略影响到哪些CPU核(包括了online+offline的所有cpu)
scaling_available_frequencies		// CPU支持的主频率列表(单位: KHz）
scaling_available_governors			// 当前内核中支持的所有 governor(调频)类型
scaling_boost_frequencies			// 在boost（超频）模式下CPU支持的主频率列表(单位: KHz）
scaling_cur_freq					// 保存着 cpufreq 模块缓存的当前 CPU 频率，不会对 CPU 硬件寄存器进行检查。
scaling_disable_freq				// 禁止设置的CPU频率，只能设置一个
scaling_driver						// 当前使用的调频驱动
scaling_governor					// governor(调频)策略
scaling_max_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最高频率（从cpufreq模块缓存中读取）
scaling_min_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最低频率（从cpufreq模块缓存中读取）
scaling_setspeed					// 需将governor切换为userspace才能使用，往这个文件echo数值，会切换频率

RDK系统使用的linux内核支持以下种类的调频策略:

  • 性能（performance）：总是将CPU置于最高能耗也是最高性能的状态，即硬件所支持的最高频。
  • 节能（powersave）：总是将CPU置于最低能耗也是最差性能的状态，即硬件所支持的最低频。
  • 按需（ondemand）：定时检查负载，然后根据负载来调节频率。负载低的时候调节至一个刚好能够满足当前负载需求的最低频，当负载高时，立即提升到最高性能状态。
  • 保守（conservative）：跟ondemand策略类似，定时检查负载，然后根据负载来调节频率。负载低的时候调节至一个刚好能够满足当前负载需求的最低频，但当负载高时，不是立即设置为最高性能状态，而是逐级升高主频。
  • 用户（userspace）：将控制接口通过sysfs开放给用户，由用户进行自定义策略，可以在用户空间手动调节频率。
  • 调度信息（schedutil）：这是从Linux-4.7版本开始才引入的策略，其原理是根据调度器所提供的CPU利用率信息进行频率调节，效果上类似于ondemand策略，但是更加精确和自然（因为调度器掌握了最好的CPU使用情况）。

用户可以通过控制目录/sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0下的对应设置来控制CPU的调频策略。

例如让CPU运行在性能模式：

sudo bash -c "echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_governor"

或者控制CPU运行在一个固定的频率（1GHz）：

sudo bash -c "echo userspace > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_governor"
sudo bash -c "echo 1000000 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_setspeed"

CPU超频​

注意

以下内容适用于RDK X3和RDK X3 Module开发板，不适用于RDK Ultra开发板

Video: https://www.bilibili.com/video/BV1rm4y1E73q/?p=14

开发板采用CPU Freq驱动对CPU工作状态进行管理，默认模式为ondemand模式，此时CPU工作频率会根据负载进行动态调节，以节省功耗。用户可修改到performance模式，使CPU始终运行在最高频率下，命令如下：

sudo bash -c 'echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_governor'

开发板在系统中提供了超频功能，可将CPU最高频率从1.2GHz提升到1.5GHz，配置命令如下：

sudo bash -c 'echo 1 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost'

使用以上命令配置的 CPU 频率仅在当前运行中生效，如果设备重启则恢复默认配置。

注意

CPU超频会增加芯片的功耗和发热，如出现稳定性问题，可通过如下命令关闭超频功能：

sudo bash -c 'echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost'

可通过sudo hrut_somstatus命令查看当前芯片工作频率、温度等状态：

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X5​

注意

以下内容适用于RDK X5开发板

Thermal控制​

温度传感器​

在X5上有三个温度传感器，用于显示DDR/BPU/CPU的温度 在/sys/class/hwmon/下有hwmon0目录下包含温度传感器的相关参数 temp1_input是DDR的温度，temp2_input是BPU的温度，temp3_input是CPU的温度 温度的精度为0.001摄氏度

cat /sys/class/hwmon/hwmon0/temp1_input
46643

BPU的温度传感器位于bpu subsytem，bpu subsystem只有在bpu运行时才会上电，所以只有bpu运行时，bpu的温度才可以查看。

Thermal​

Linux Thermal 是 Linux 系统下温度控制相关的模块，主要用来控制系统运行过程中芯片产生的热量，使芯片温度和设备外壳温度维持在一个安全、舒适的范围。

要想达到合理控制设备温度，我们需要了解以下三个模块：

获取温度的设备：在 Thermal 框架中被抽象为 Thermal Zone Device，X5上有两个thermal zone，分别是thermal_zone0和thermal_zone1；

需要降温的设备：在 Thermal 框架中被抽象为 Thermal Cooling Device，有CPU、BPU、GPU和DDR；

控制温度策略：在 Thermal 框架中被抽象为 Thermal Governor;

以上模块的信息和控制都可以在 /sys/class/thermal 目录下获取。

在X5里面一共有四个cooling(降温)设备：

  • cooling_device0: cpu

  • cooling_device1: bpu

  • cooling_device2: gpu

  • cooling_device3: ddr

其中，cooling设备DDR与thermal_zone0关联，cooling 设备CPU/BPU/GPU与thermal_zone1关联。 目前默认的策略通过以下命令可知是使用的 step_wise。

cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/policy

通过以下命令可看到支持的策略：user_space、step_wise一共两种。

cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/available_policies

user_space 是通过uevent将温区当前温度，温控触发点等信息上报到用户空间，由用户空间软件制定温控的策略。

step_wise 是每个轮询周期逐级提高冷却状态，是一种相对温和的温控策略

具体选择哪种策略是根据产品需要自己选择。可在编译的时候指定或者通过sysfs动态切换。 例如：动态切换thermal_zone0的策略为 user_space模式

echo user_space > /sys/class/thermal/thermal_zone0/policy

在thermal_zone0中有1个trip_point，用于控制cooling设备DDR的调频温度

可通过sysfs查看DDR的调频温度，当前配置的为95度

cat /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_0_temp

若想调整DDR的调频温度，如85度，可通过如下命令：

echo 85000 > /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/trip_point_0_temp

在thermal_zone1中有3个trip_point，其中trip_point_0_temp为预留作用；trip_point_1_temp是该thermal zone的调频温度，可控制CPU/BPU/GPU的频率，当前设置为95度。trip_point_2_temp为关机温度，当前设置为105度 例如想要结温到85摄氏度，CPU/BPU/GPU开始调频：

echo 85000 > /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone1/trip_point_1_temp

如果想要调整关机温度为105摄氏度：

echo 105000 > /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone1/trip_point_2_temp

以上设置断电重启后需要重新设置

CPU频率管理​

在linux内核中，自带了cpufreq子系统用来控制cpu的频率和频率控制策略。

进入目录/sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0，ls 一下，会看到目录中有如下文件：

affected_cpus						// 当前控制影响的CPU核(没有显示处于offline状态的cpu)
cpuinfo_cur_freq					// 当前CPU频率(单位: KHz）
cpuinfo_max_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最高频率(单位: KHz）
cpuinfo_min_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最低频率(单位: KHz）
cpuinfo_transition_latency			// 处理器切换频率所需要的时间(单位:ns)
related_cpus						// 该控制策略影响到哪些CPU核(包括了online+offline的所有cpu)
scaling_available_frequencies		// CPU支持的主频率列表(单位: KHz）
scaling_available_governors			// 当前内核中支持的所有 governor(调频)类型
scaling_boost_frequencies			// 在boost（超频）模式下CPU支持的主频率列表(单位: KHz）
scaling_cur_freq					// 保存着 cpufreq 模块缓存的当前 CPU 频率，不会对 CPU 硬件寄存器进行检查。
scaling_disable_freq				// 禁止设置的CPU频率，只能设置一个
scaling_driver						// 当前使用的调频驱动
scaling_governor					// governor(调频)策略
scaling_max_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最高频率（从cpufreq模块缓存中读取）
scaling_min_freq					// 当前调频策略下CPU可用的最低频率（从cpufreq模块缓存中读取）
scaling_setspeed					// 需将governor切换为userspace才能使用，往这个文件echo数值，会切换频率

目前支持的频率包括

cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_available_frequencies
300000 600000 1200000 1500000

RDK X5系统使用的linux内核支持以下种类的调频策略:

  • 性能（performance）：总是将CPU置于最高能耗也是最高性能的状态，即硬件所支持的最高频。
  • performance：以最高频率执行
  • ondemand：按照负载调整频率
  • userspace：根据用户的设置频率
  • powersave：以最低频率执行
  • schedutil：按照负载调整频率，它是与CPU调度器结合来使用

用户可以通过控制目录/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/下的对应设置来控制CPU的调频策略。

例如让CPU运行在性能模式：

echo performance >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

或者控制CPU运行在一个固定的频率（1.2GHz）：

echo userspace >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
echo 1200000 >/sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_setspeed

CPU超频​

开发板采用CPU Freq驱动对CPU工作状态进行管理，默认模式为schedutil模式，此时CPU工作频率会根据负载进行动态调节，以节省功耗。用户可修改到performance模式，使CPU始终运行在最高频率下，命令如下：

echo performance >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

开发板在系统中提供了超频功能，可将CPU最高频率从1.5GHz提升到1.8GHz，配置命令如下：

echo 1 >/sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost
echo performance >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

使用以上命令配置的 CPU 频率仅在当前运行中生效，如果设备重启则恢复默认配置。

注意

CPU超频会增加芯片的功耗和发热，如出现稳定性问题，可通过如下命令关闭超频功能：

echo 0 >/sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost

可通过sudo hrut_somstatus命令查看当前芯片工作频率、温度等状态：

image-20240829171934000