怎樣對Linux系統(tǒng)休眠（System Suspend）和設(shè)備中斷處理

一、設(shè)備IRQ的suspend和resume

本小節(jié)主要解決這樣一個(gè)問題：在系統(tǒng)休眠過程中，如何suspend設(shè)備中斷（IRQ）？在從休眠中喚醒的過程中，如何resume設(shè)備IRQ？

一般而言，在系統(tǒng)suspend過程的后期，各個(gè)設(shè)備的IRQ (interrupt request line)會(huì)被disable掉。具體的時(shí)間點(diǎn)是在各個(gè)設(shè)備的late suspend階段之后。代碼如下（刪除了部分無關(guān)代碼）：

static int suspend_enter(suspend_state_t state, bool *wakeup)

{……

error = dpm_suspend_late(PMSG_SUSPEND);－－－－－late suspend階段

error = platform_suspend_prepare_late(state);

下面的代碼中會(huì)disable各個(gè)設(shè)備的irq

error = dpm_suspend_noirq(PMSG_SUSPEND);－－－－進(jìn)入noirq的階段

error = platform_suspend_prepare_noirq(state);

……

}

在dpm_suspend_noirq函數(shù)中，會(huì)針對系統(tǒng)中的每一個(gè)device，依次調(diào)用device_suspend_noirq來執(zhí)行該設(shè)備noirq情況下的suspend callback函數(shù)，當(dāng)然，在此之前會(huì)調(diào)用suspend_device_irqs函數(shù)來disable所有設(shè)備的irq。

之所以這么做，其思路是這樣的：在各個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)完成了late suspend之后，按理說這些已經(jīng)被suspend的設(shè)備不應(yīng)該再觸發(fā)中斷了。如果還有一些設(shè)備沒有被正確的suspend，那么我們最好的策略是mask該設(shè)備的irq，從而阻止中斷的遞交。此外，在過去的代碼中（指interrupt handler），我們對設(shè)備共享IRQ的情況處理的不是很好，存在這樣的問題：在共享IRQ的設(shè)備們完成suspend之后，如果有中斷觸發(fā)，這時(shí)候設(shè)備驅(qū)動(dòng)的interrupt handler并沒有準(zhǔn)備好。在有些場景下，interrupt handler會(huì)訪問已經(jīng)suspend設(shè)備的IO地址空間，從而導(dǎo)致不可預(yù)知的issue。這些issue很難debug，因此，我們引入了suspend_device_irqs()以及設(shè)備noirq階段的callback函數(shù)。

系統(tǒng)resume過程中，在各個(gè)設(shè)備的early resume過程之前，各個(gè)設(shè)備的IRQ會(huì)被重新打開，具體代碼如下（刪除了部分無關(guān)代碼）：

static int suspend_enter(suspend_state_t state, bool *wakeup)

{……

platform_resume_noirq(state);－－－－首先執(zhí)行noirq階段的resume

dpm_resume_noirq(PMSG_RESUME);－－－－－－在這里會(huì)恢復(fù)irq，然后進(jìn)入early resume階段

platform_resume_early(state);

dpm_resume_early(PMSG_RESUME);

……}

在dpm_resume_noirq函數(shù)中，會(huì)調(diào)用各個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的noirq callback，在此之后，調(diào)用resume_device_irqs函數(shù)，完成各個(gè)設(shè)備irq的enable。

二、關(guān)于IRQF_NO_SUSPEND Flag

當(dāng)然，有些中斷需要在整個(gè)系統(tǒng)的suspend-resume過程中（包括在noirq階段，包括將nonboot CPU推送到offline狀態(tài)以及系統(tǒng)resume后，將其重新設(shè)置為online的階段）保持能夠觸發(fā)的狀態(tài)。一個(gè)簡單的例子就是timer中斷，此外IPI以及一些特殊目的設(shè)備中斷也需要如此。

在中斷申請的時(shí)候，IRQF_NO_SUSPEND flag可以用來告知IRQ subsystem，這個(gè)中斷就是上一段文字中描述的那種中斷：需要在系統(tǒng)的suspend-resume過程中保持enable狀態(tài)。有了這個(gè)flag，suspend_device_irqs并不會(huì)disable該IRQ，從而讓該中斷在隨后的suspend和resume過程中，保持中斷開啟。當(dāng)然，這并不能保證該中斷可以將系統(tǒng)喚醒。如果想要達(dá)到喚醒的目的，請調(diào)用enable_irq_wake。

需要注意的是：IRQF_NO_SUSPEND flag影響使用該IRQ的所有外設(shè)（一個(gè)IRQ可以被多個(gè)外設(shè)共享，不過ARM中不會(huì)這么用）。如果一個(gè)IRQ被多個(gè)外設(shè)共享，并且各個(gè)外設(shè)都注冊了對應(yīng)的interrupt handler，如果其一在申請中斷的時(shí)候使用了IRQF_NO_SUSPEND flag，那么在系統(tǒng)suspend的時(shí)候（指suspend_device_irqs之后，按理說各個(gè)IRQ已經(jīng)被disable了），所有該IRQ上的各個(gè)設(shè)備的interrupt handler都可以被正常的被觸發(fā)執(zhí)行，即便是有些設(shè)備在調(diào)用request_irq(或者其他中斷注冊函數(shù))的時(shí)候沒有設(shè)定IRQF_NO_SUSPEND flag。正因?yàn)槿绱耍覀儜?yīng)該盡可能的避免同時(shí)使用IRQF_NO_SUSPEND 和IRQF_SHARED這兩個(gè)flag。

三、系統(tǒng)中斷喚醒接口：enable_irq_wake() 和 disable_irq_wake()

有些中斷可以將系統(tǒng)從睡眠狀態(tài)中喚醒，我們稱之“可以喚醒系統(tǒng)的中斷”，當(dāng)然，“可以喚醒系統(tǒng)的中斷”需要配置才能啟動(dòng)喚醒系統(tǒng)這樣的功能。這樣的中斷一般在工作狀態(tài)的時(shí)候就是作為普通I/O interrupt出現(xiàn)，只要在準(zhǔn)備使能喚醒系統(tǒng)功能的時(shí)候，才會(huì)發(fā)起一些特別的配置和設(shè)定。

這樣的配置和設(shè)定有可能是和硬件系統(tǒng)（例如SOC）上的信號(hào)處理邏輯相關(guān)的，我們可以考慮下面的HW block圖：

外設(shè)的中斷信號(hào)被送到“通用的中斷信號(hào)處理模塊”和“特定中斷信號(hào)接收模塊”。正常工作的時(shí)候，我們會(huì)turn on“通用的中斷信號(hào)處理模塊”的處理邏輯，而turn off“特定中斷信號(hào)接收模塊” 的處理邏輯。但是，在系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)的時(shí)候，有可能“通用的中斷信號(hào)處理模塊”已經(jīng)off了，這時(shí)候，我們需要啟動(dòng)“特定中斷信號(hào)接收模塊”來接收中斷信號(hào)，從而讓系統(tǒng)suspend-resume模塊（它往往是suspend狀態(tài)時(shí)候唯一能夠工作的HW block了）可以正常的被該中斷信號(hào)喚醒。一旦喚醒，我們最好是turn off“特定中斷信號(hào)接收模塊”，讓外設(shè)的中斷處理回到正常的工作模式，同時(shí)，也避免了系統(tǒng)suspend-resume模塊收到不必要的干擾。

IRQ子系統(tǒng)提供了兩個(gè)接口函數(shù)來完成這個(gè)功能：enable_irq_wake()函數(shù)用來打開該外設(shè)中斷線通往系統(tǒng)電源管理模塊（也就是上面的suspend-resume模塊）之路，另外一個(gè)接口是disable_irq_wake()，用來關(guān)閉該外設(shè)中斷線通往系統(tǒng)電源管理模塊路徑上的各種HW block。

調(diào)用了enable_irq_wake會(huì)影響系統(tǒng)suspend過程中的suspend_device_irqs處理，代碼如下：

static bool suspend_device_irq(struct irq_desc *desc)

{

……

if (irqd_is_wakeup_set(&desc->irq_data)) {

irqd_set(&desc->irq_data, IRQD_WAKEUP_ARMED);

return true;

}

省略Disable 中斷的代碼

}

也就是說，一旦調(diào)用enable_irq_wake設(shè)定了該設(shè)備的中斷作為系統(tǒng)suspend的喚醒源，那么在該外設(shè)的中斷不會(huì)被disable，只是被標(biāo)記一個(gè)IRQD_WAKEUP_ARMED的標(biāo)記。對于那些不是wakeup source的中斷，在suspend_device_irq 函數(shù)中會(huì)標(biāo)記IRQS_SUSPENDED并disable該設(shè)備的irq。在系統(tǒng)喚醒過程中（resume_device_irqs），被diable的中斷會(huì)重新enable。

當(dāng)然，如果在suspend的過程中發(fā)生了某些事件（例如wakeup source產(chǎn)生了有效信號(hào)），從而導(dǎo)致本次suspend abort，那么這個(gè)abort事件也會(huì)通知到PM core模塊。事件并不需要被立刻通知到PM core模塊，一般而言，suspend thread會(huì)在某些點(diǎn)上去檢查pending的wakeup event。

在系統(tǒng)suspend的過程中，每一個(gè)來自wakeup source的中斷都會(huì)終止suspend過程或者將系統(tǒng)喚醒（如果系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入suspend狀態(tài)）。但是，在執(zhí)行了suspend_device_irqs之后，普通的中斷被屏蔽了，這時(shí)候，即便HW觸發(fā)了中斷信號(hào)也無法執(zhí)行其interrupt handler。作為wakeup source的IRQ會(huì)怎樣呢？雖然它的中斷沒有被mask掉，但是其interrupt handler也不會(huì)執(zhí)行（這時(shí)候的HW Signal只是用來喚醒系統(tǒng)）。唯一有機(jī)會(huì)執(zhí)行的interrupt handler是那些標(biāo)記IRQF_NO_SUSPEND flag的IRQ，因?yàn)樗鼈兊闹袛嗍冀K是enable的。當(dāng)然，這些中斷不應(yīng)該調(diào)用enable_irq_wake進(jìn)行喚醒源的設(shè)定。

四、Interrupts and Suspend-to-Idle

Suspend-to-idle (也被稱為"freeze" 狀態(tài))是一個(gè)相對比較新的系統(tǒng)電源管理狀態(tài)，相關(guān)代碼如下：

static int suspend_enter(suspend_state_t state, bool *wakeup)

{

……

各個(gè)設(shè)備的late suspend階段

各個(gè)設(shè)備的noirq suspend階段

if (state == PM_SUSPEND_FREEZE) {

freeze_enter();

goto Platform_wake;

}

……

}

Freeze和suspend的前面的操作基本是一樣的：首先凍結(jié)系統(tǒng)中的進(jìn)程，然后是suspend系統(tǒng)中的形形色色的device，不一樣的地方在noirq suspend完成之后，freeze不會(huì)disable那些non-BSP的處理器和syscore suspend階段，而是調(diào)用freeze_enter函數(shù)，把所有的處理器推送到idle狀態(tài)。這時(shí)候，任何的enable的中斷都可以將系統(tǒng)喚醒。而這也就意味著那些標(biāo)記IRQF_NO_SUSPEND（其IRQ沒有在suspend_device_irqs過程中被mask掉）是有能力將處理器從idle狀態(tài)中喚醒（不過，需要注意的是：這種信號(hào)并不會(huì)觸發(fā)一個(gè)系統(tǒng)喚醒信號(hào)），而普通中斷由于其IRQ被disable了，因此無法喚醒idle狀態(tài)中的處理器。

那些能夠喚醒系統(tǒng)的wakeup interrupt呢？由于其中斷沒有被mask掉，因此也可以將系統(tǒng)從suspend-to-idle狀態(tài)中喚醒。整個(gè)過程和將系統(tǒng)從suspend狀態(tài)中喚醒一樣，唯一不同的是：將系統(tǒng)從freeze狀態(tài)喚醒走的中斷處理路徑，而將系統(tǒng)從suspend狀態(tài)喚醒走的喚醒處理路徑，需要電源管理HW BLOCK中特別的中斷處理邏輯的參與。

五、IRQF_NO_SUSPEND 標(biāo)志和enable_irq_wake函數(shù)不能同時(shí)使用

針對一個(gè)設(shè)備，在申請中斷的時(shí)候使用IRQF_NO_SUSPEND flag，又同時(shí)調(diào)用enable_irq_wake設(shè)定喚醒源是不合理的，主要原因如下：

1、如果IRQ沒有共享，使用IRQF_NO_SUSPEND flag說明你想要在整個(gè)系統(tǒng)的suspend-resume過程中（包括suspend_device_irqs之后的階段）保持中斷打開以便正常的調(diào)用其interrupt handler。而調(diào)用enable_irq_wake函數(shù)則說明你想要將該設(shè)備的irq信號(hào)設(shè)定為中斷源，因此并不期望調(diào)用其interrupt handler。而這兩個(gè)需求明顯是互斥的。

2、IRQF_NO_SUSPEND 標(biāo)志和enable_irq_wake函數(shù)都不是針對一個(gè)interrupt handler的，而是針對該IRQ上的所有注冊的handler的。在一個(gè)IRQ上共享喚醒源以及no suspend中斷源是比較荒謬的。

不過，在非常特殊的場合下，一個(gè)IRQ可以被設(shè)定為wakeup source，同時(shí)也設(shè)定IRQF_NO_SUSPEND 標(biāo)志。為了代碼邏輯正確，該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)代碼需要滿足一些特別的需求。

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