“熱散由心靜，涼生為室空” - linux溫控的那些事兒-有解無憂

一、背景

在科技發展日新月異的如今，隨著設備性能越來越強勁，設備中各個器件作業時產生的熱量也越來越高，而移動設備發熱是影響用戶體驗的重要因素，SoC 等硬體芯片也會因過熱而造成系統不穩定，甚至縮減芯片壽命，“如何給設備降溫“成為了當下一個重要的課題，

移動終端結構緊湊，內部空間可說是寸土寸金，這就使得臺式機上風冷、水冷等常規硬體散熱手段在手機上沒有用武之地，軟體溫控成了控制設備發熱的關鍵武器，畢竟無法“小扇引微涼，悠悠夏日長”，那就得作業系統發揮主觀能動性，“熱散由心靜，涼生為室空”，減少不必要的活動，控制自身的發熱量，接下來我們一起去看一看Linux為了降溫都做了哪些事，

二、Linux溫控框架

LinuxThermal Framework是Linux系統下溫度控制相關的一套架構，主要用來控制系統運行程序中各個器件所產生的熱量，使設備溫度維持在一個安全、舒適的范圍，

從系統不同層級的角度可以劃分為以下三個部分：

Userspace(用戶空間):表現形式為sysfs檔案節點，路徑為sys/class/thermal/，thermal_zone設備為thermal_zone[n]檔案目錄, cooling_device設備為cooling_device[n]檔案目錄，用戶空間的軟體可以通過訪問thermal class的檔案來獲取到各個溫區當前的溫度以及溫控觸發點等資訊，如果具有某些權限，甚至可以通過設定冷卻設備下的狀態值來更改溫控的策略，目錄下的各個檔案的作用與意義下一節再詳述，
Kernelspace(內核空間):核心為thermal_core，獲取溫度的設備抽象為thermal_zone_device, 控制溫度的設備抽象為thermal_cooling_device,溫控策略抽象為thermal_governor，
Hardware(硬體層):thermal_zone -> tsens0, tsens1, …，硬體上的溫控傳感器及熱敏電阻等被軟體抽象為溫區; cooling_device -> cpu, gpu, battery, …，可以通過調整自身狀態來達到溫度控制的IP被軟體抽象為冷卻設備，

三、Thermal Zone（溫區）與Cooling Device（冷卻設備）

圖2為某款移動終端SOC的溫度傳感器布局圖，片上有28顆傳感器，分別監控各個子系統的當前溫度，同樣在PCB上還包含有多個熱敏電阻(NTC), 這些NTC通過演算法的計算后可以獲得手機主板上各個區域的溫度，

軟體上將這些tsensor及ntc等可以獲取溫度的設備描述為thermal zone, 在代碼中以dts的形式來描述，

示例代碼：

polling-delay-passive:溫控發生時的輪詢周期，

上文配置為0，代表不使用輪詢方式，通過tsensor中斷觸發溫控，

polling-delay:溫控未發生時輪詢周期，
thermal-governor:該溫區發生溫控時所使用的演算法，

上文選擇為”user_space”演算法，下一節將詳述該演算法，

thermal-sensors:對應的tsensor，

上文配置為”tsens0 1”代表使用tsens0這個溫度傳感器的通道1，

trips:溫控觸發點，

其中”active-config0”為該溫區的溫控觸發點，

temperture為觸發溫度，上文中的配置為(125000) / 1000 = 125度發生溫控；

hysteresis為滯后溫度，上文配置為”1000”, 表示當該溫區溫度下降到(125 – 1000/1000) = 124度時解除溫控，

type配置為”passive”，即當溫控發生后，輪詢周期改為使用polling-delay-passive，

上述為thermal_zone在編碼階段的描述形式，當作業系統運行后，thermal_zone在用戶空間以sysfs檔案形式呈現，

available_policies:可選擇的溫控演算法，
type:該溫區的名稱，

如上文中的“aoss-0-usr”，”cpu-0-0-usr”等dts node名稱，

temp:該溫區的當前溫度，

trip_point_0_type/trip_point_0_temp/trip_point_0_hyst:觸發點0的名稱/觸發溫度/滯后溫度，

如上文中的”active-config0”, “temperature”,“hysteresis”，

現在我們已經將tsensor跟NTC以thermal_zone的形式注冊到系統中，可以實時的監控設備各個子系統的發熱狀況，當溫度超過所設閾值時，將會上報中斷，接下來就是冷卻設備的表演時刻了，這些可以通過控制自己的狀態達到降溫效果的設備，作業系統將其抽象為cooling_device（冷卻設備），像cpufreq, devfreq等driver在初始化的時候會呼叫of_thermal.c提供的介面在thermal_core中注冊cooling device，

實體代碼：
polling-delay-passive:溫控發生時的輪詢周期，

上文配置為0，代表不使用輪詢方式，通過tsensor中斷觸發溫控，

polling-delay:溫控未發生時輪詢周期，
thermal-governor:該溫區發生溫控時所使用的演算法，

上文選擇為”user_space”演算法，下一節將詳述該演算法，

thermal-sensors:對應的tsensor，

上文配置為”tsens0 1”代表使用tsens0這個溫度傳感器的通道1，

trips:溫控觸發點，

其中”active-config0”為該溫區的溫控觸發點，

temperture為觸發溫度，上文中的配置為(125000) / 1000 = 125度發生溫控；

hysteresis為滯后溫度，上文配置為”1000”, 表示當該溫區溫度下降到(125 – 1000/1000) = 124度時解除溫控，

type配置為”passive”，即當溫控發生后，輪詢周期改為使用polling-delay-passive，

上述為thermal_zone在編碼階段的描述形式，當作業系統運行后，thermal_zone在用戶空間以sysfs檔案形式呈現，

available_policies:可選擇的溫控演算法，
type:該溫區的名稱，

如上文中的“aoss-0-usr”，”cpu-0-0-usr”等dts node名稱，

temp:該溫區的當前溫度，
trip_point_0_type/trip_point_0_temp/trip_point_0_hyst:觸發點0的名稱/觸發溫度/滯后溫度，

如上文中的”active-config0”, “temperature”,“hysteresis”，

實體代碼：
cooling-maps：

該溫區對應到的冷卻設備串列，

cpu00_cdev：

冷卻設備的名稱，

trip:該冷卻設備對應的溫區溫控觸發點，

上文中，“cpu00_cdev“對應的觸發點為”cpu00_config”，即當”cpu-0-0-step”這個溫區達到110度時，觸發冷卻操作，

cooling-device:對應的真正執行冷卻操作的設備及最大/最小狀態，格式為< phandle of device, min_state,max_state>，

上文中配置為”cpu0_isolate 11“，即達到該觸發點時，對CPU0進行isolate，

當作業系統運行后，cooling_device同樣以sysfs檔案形式在用戶空間呈現

cur_state:該cooling_device的當前cooling state，
max_state:該cooling_device的最大cooling state，
type:該cooling device的名稱，

四、Thermal Governor(溫控演算法)

Thermal Governor即溫控演算法，解決溫控發生時，如何選擇cooling state的問題，

當前可用的governor包括：

bang_bang
step_wise
low_limits
user_space
power_allocator
bang_bang governor:

由于bang_bang governor是用在使用風扇散熱的設備中的演算法，

首先我們需要確定throttle即溫控是否觸發，這包括了兩種情況，第一種為當前溫度大于溫控閾值，第二種為當前溫度小于溫控閾值但是大于滯后溫度(溫控解除溫度)，并且是處于降溫的程序中，

bang_banggovernor的降溫策略跟它的名字一樣簡單，可以用一句話來概括:
當throttle發生，打開風扇；當throttle解除，關閉風扇，

step_wise governor:

step_wise演算法在計算target cooling state的程序中，除了需要知道是否throttle,還添加了一個參考條: trend，trend顧名思義即溫升趨勢，Linux Thermal Framework定義了三種trend type，即上升（RAISING）,下降（DROPPING）與穩定(STABLE)，