i.MX8MP平台开发分享（GPC控制器篇）

1.概述

整体来说，i.MX8MP中的电源是由General Power Controller (GPC) 来控制的。GPC可以提供各种电源模式的控制，如低功耗模式、深度睡眠模式等等。GPC包含两个模块，一个是系统模式控制器（SMC），控制系统的电源模式；另一个是电源门控控制器（PGC），控制模块的电源开关。详细信息请参考RM。本文重点分析其中的PGC（Power Gating Controller ）。

如下图所示，每个模块都有单独的PGC进行控制，从而实现对单个模块的电源开关功能。

image-20240414102646153

PGC的上下电控制逻辑如下，所有CPU外的MIX和PU_PGCs，PGC_CPU_MAPPING会被映射到A53/M7 domain。

  1. 一个PGC可以被映射到一个domain，或者A53和M7两个domain
  2. 对于硬件上电请求，如果PGC是被分配到任意CPU域内，则直接上电
  3. 对于软件上电请求，如果PGC是被分配到任意CPU域内，则可以被对应CPU域内的软件控制上电。对应MIX_PGC_SW_PUP_REQ和PU_PGC_SW_PUP_REQ。
  4. 对于硬件下电请求，如果PGC是被分配到一个CPU域内，则可以被对应CPU域内的软件控制下电。如果PGC是被分配到两个CPU域内，若一个CPU处于LPM模式，另一个企图下电，则可以被对应CPU域内的软件控制下电。
  5. 对于软件下电请求，同硬件下电。
  6. PGC_CPU_MAPPING由RDC控制访问。

在设备树中，pgc的定义和上面的表格保持一致，其中reg是每个pgc的idex值，设备树和驱动中的这个数值一一对应。参考include/dt-bindings/power/imx8mp-power.h。

image-20240415111041818

2.gpcv2驱动分析

2.1cpu资源结构体分析

每一个芯片都有一个imx_pgc_domain_data来描述pgc的信息。这个数据结构与手册中的pgc信息保持一致。

static const struct imx_pgc_domain_data imx8mp_pgc_domain_data = {
	.domains = imx8mp_pgc_domains,
	.domains_num = ARRAY_SIZE(imx8mp_pgc_domains),
	.reg_access_table = &imx8mp_access_table,
	.pgc_regs = &imx8mp_pgc_regs,
};

其中imx8mp_pgc_domains 定义如下所示，以mlmix为例，IMX8MP_POWER_DOMAIN_MLMIX和设备树中一致。.genpd保存这个电源域在内核中的名字。

static const struct imx_pgc_domain imx8mp_pgc_domains[] = {
	[IMX8MP_POWER_DOMAIN_MIPI_PHY1] = {
		.genpd = {
			.name = "mipi-phy1",
		},
		.bits = {
			.pxx = IMX8MP_MIPI_PHY1_SW_Pxx_REQ,
			.map = IMX8MP_MIPI_PHY1_A53_DOMAIN,
		},
		.pgc = BIT(IMX8MP_PGC_MIPI1),
	},

	[IMX8MP_POWER_DOMAIN_PCIE_PHY] = {
		.genpd = {
			.name = "pcie-phy1",
		},
		.bits = {
			.pxx = IMX8MP_PCIE_PHY_SW_Pxx_REQ,
			.map = IMX8MP_PCIE_PHY_A53_DOMAIN,
		},
		.pgc = BIT(IMX8MP_PGC_PCIE),
	},
..........
  [IMX8MP_POWER_DOMAIN_MLMIX] = {
		.genpd = {
			.name = "mlmix",
		},
		.bits = {
			.pxx = IMX8MP_MLMIX_Pxx_REQ,
			.map = IMX8MP_MLMIX_A53_DOMAIN,
			.hskreq = IMX8MP_MLMIX_PWRDNREQN,
			.hskack = IMX8MP_MLMIX_PWRDNACKN,
		},
		.pgc = BIT(IMX8MP_PGC_MLMIX),
		.keep_clocks = true,
		.noc_data = {
			&imx8mp_pgc_noc_data[IMX8MP_MLMIX],
		},
	},
  
};

.bits中的寄存器位分别来自对应上下电的寄存器（GPC_PU_PGC_SW_PUP_REQ/GPC_PU_PGC_SW_PDN_REQ），domain map控制寄存器GPC_PGC_CPU_A53_MAPPING，上下电握手请求寄存器GPC_PU_PWRHSK低16位，上下电握手响应寄存器GPC_PU_PWRHSK高16位。对应这些寄存器中的功能位。

const struct {
		u32 pxx;
		u32 map;
		u32 hskreq;
		u32 hskack;
	} bits;

imx8mp_access_table存储寄存器映射之后的虚拟地址。

image-20240420154124803

imx8mp_pgc_regs存储的是寄存器偏移量，分别控制domain映射、软件上下电请求和握手。

#define IMX8MP_GPC_PGC_CPU_MAPPING	0x1cc
#define IMX8MP_GPC_PU_PGC_SW_PUP_REQ	0x0d8
#define IMX8MP_GPC_PU_PGC_SW_PDN_REQ	0x0e4
#define IMX8MP_GPC_PU_PWRHSK		0x190

static const struct imx_pgc_regs imx8mp_pgc_regs = {
	.map = IMX8MP_GPC_PGC_CPU_MAPPING,
	.pup = IMX8MP_GPC_PU_PGC_SW_PUP_REQ,
	.pdn = IMX8MP_GPC_PU_PGC_SW_PDN_REQ,
	.hsk = IMX8MP_GPC_PU_PWRHSK,
};

2.2NOC优先级

imx_pgc_noc_set使用 regmap_write 函数向 NOC 寄存器映射（regmap）中的特定偏移量写入参数值以配置 NOC 控制器的行为。

  • data[i]->off + 0x8：写入优先级（priority）。
  • data[i]->off + 0xc：写入模式（mode）。
  • data[i]->off + 0x18：写入扩展控制（extctrl）。
static const struct imx_pgc_noc_data imx8mp_pgc_noc_data[] = {
	[IMX8MP_MLMIX] = {
		.off = 0x180,
		.priority = 0x80000303,
	},
	[IMX8MP_GPU2D] = {
		.off = 0x500,
		.priority = 0x80000303,
	},
	[IMX8MP_GPU3D] = {
		.off = 0x580,
		.priority = 0x80000303,
	},
	[IMX8MP_AUDIO_DSP] = {
		.off = 0x200,
		.priority = 0x80000303,
	},
	[IMX8MP_AUDIO_SDMA2_PER] = {
		.off = 0x280,
		.priority = 0x80000404,
	},
	[IMX8MP_AUDIO_SDMA2_BURST] = {
		.off = 0x300,
		.priority = 0x80000404,
	},
	[IMX8MP_AUDIO_SDMA3_PER] = {
		.off = 0x380,
		.priority = 0x80000404,
	},
	[IMX8MP_AUDIO_SDMA3_BURST] = {
		.off = 0x400,
		.priority = 0x80000404,
	},
	[IMX8MP_AUDIO_EDMA3] = {
		.off = 0x480,
		.priority = 0x80000404,
	},
};

2.3驱动设置ops

在probe函数中，遍历设备树中的pgc单元，设置每个单元的domain信息，domain->regs获取imx8mp_pgc_regs中定义的寄存器偏移量。最后设置对于每个pgc单元，它们的上下电函数分别为imx_pgc_power_up和imx_pgc_power_down。因此设备树中所有的pgc对应的上下电函数都一样。

for_each_child_of_node(pgc_np, np) {
		struct platform_device *pd_pdev;
		struct imx_pgc_domain *domain;
		u32 domain_index;
		....
		.....
		domain = pd_pdev->dev.platform_data;
		domain->regmap = regmap;
		domain->regs = domain_data->pgc_regs;
		for (i = 0; i < DOMAIN_MAX_NOC; i++)
			domain->noc_data[i] = domain_data->domains[domain_index].noc_data[i];

		domain->genpd.power_on  = imx_pgc_power_up;
		domain->genpd.power_off = imx_pgc_power_down;		
}

2.4imx_pgc_power_up

函数逻辑如下：

  1. 初始化：初始化一些变量，并从给定的 genpd 指针中获取 imx_pgc_domain 结构体。
  2. PM运行时管理:：pm_runtime_get_sync获取设备的运行时 PM 引用，并确保该设备处于活动状态。它会阻塞当前线程，直到设备被激活为止。通常，在访问设备之前，需要确保设备处于活动状态，以便正常操作。
  3. 调节器启用：通过regulator框架启用对应的电源。
  4. 复位控制：
    • reset_control_assert施加该域的复位控制。
    • 使用 clk_bulk_prepare_enable 为该域中的所有设备启用复位时钟。
  5. 通知：使用 raw_notifier_call_chain 通知电源通知者已经转换到“时钟已启用”状态。
  6. 延迟：使用 udelay 引入延迟，以便复位传播一段时间。
  7. 域上电：
    • 如果 domain->bits.pxx 字段已设置，则通过更新寄存器中的对应位来为域上电。
    • 使用 regmap_read_poll_timeout 等待寄存器中的特定位清除。
    • 对于 domain->pgc 位图中的每个设置的位，禁用电源控制。
  8. 复位控制去除：解除该域的复位控制。
  9. 通知：使用 raw_notifier_call_chain 通知电源通知者已经转换到“ADB400”状态。
  10. ADB400 上电：如果 domain->bits.hskreq 已设置，则通过更新寄存器中的某些位来请求 ADB400 上电。
  11. 时钟禁用：如果 domain->keep_clocks 未设置，则使用 clk_bulk_disable_unprepare 禁用和取消准备域中所有设备的复位时钟。
  12. 配置NOC控制器：调用 imx_pgc_noc_set 函数，可能是为特定于电源域的配置设置一些参数。
static int imx_pgc_power_up(struct generic_pm_domain *genpd)
{
	struct imx_pgc_domain *domain = to_imx_pgc_domain(genpd);
	u32 reg_val, pgc;
	int ret;

	ret = pm_runtime_get_sync(domain->dev);
    ret = regulator_enable(domain->regulator);
	reset_control_assert(domain->reset);

	/* Enable reset clocks for all devices in the domain */
	ret = clk_bulk_prepare_enable(domain->num_clks, domain->clks);

	raw_notifier_call_chain(&genpd->power_notifiers, IMX_GPCV2_NOTIFY_ON_CLK_ENABLED, NULL);

	/* delays for reset to propagate */
	udelay(5);

	if (domain->bits.pxx) {
		/* request the domain to power up */
		regmap_update_bits(domain->regmap, domain->regs->pup,
				   domain->bits.pxx, domain->bits.pxx);
		/*
		 * As per "5.5.9.4 Example Code 4" in IMX7DRM.pdf wait
		 * for PUP_REQ/PDN_REQ bit to be cleared
		 */
		ret = regmap_read_poll_timeout(domain->regmap,
					       domain->regs->pup, reg_val,
					       !(reg_val & domain->bits.pxx),
					       0, USEC_PER_MSEC);

		/* disable power control */
		for_each_set_bit(pgc, &domain->pgc, 32) {
			regmap_clear_bits(domain->regmap, GPC_PGC_CTRL(pgc),
					  GPC_PGC_CTRL_PCR);
		}
	}

	/* delay for reset to propagate */
	udelay(5);

	reset_control_deassert(domain->reset);

	raw_notifier_call_chain(&genpd->power_notifiers, IMX_GPCV2_NOTIFY_ON_ADB400, NULL);

	/* request the ADB400 to power up */
	if (domain->bits.hskreq) {
		regmap_update_bits(domain->regmap, domain->regs->hsk,
				   domain->bits.hskreq, domain->bits.hskreq);

	}

	/* Disable reset clocks for all devices in the domain */
	if (!domain->keep_clocks)
		clk_bulk_disable_unprepare(domain->num_clks, domain->clks);

	imx_pgc_noc_set(domain);

	return 0;
}

2.5imx_pgc_power_down

  1. 初始化：初始化一些变量，并从给定的 genpd 指针中获取 imx_pgc_domain 结构体。
  2. 复位时钟启用：如果 domain->keep_clocks 未被设置，那么启用该域中所有设备的复位时钟，以准备关闭操作。
  3. 请求 ADB400 关闭：如果 domain->bits.hskreq 被设置，那么向 ADB400 发送关闭请求。等待 ADB400 确认关闭完成。
  4. 通知：使用 raw_notifier_call_chain 通知电源通知者已经将 ADB400 关闭。
  5. 关闭域：如果 domain->bits.pxx 被设置，那么启用电源控制，然后请求关闭该域。等待关闭请求的确认。
  6. 关闭复位时钟：禁用并取消准备该域中所有设备的复位时钟。
  7. 关闭调节器：如果 domain->regulator 非空，那么禁用该域关联的调节器。
  8. 释放运行时 PM 引用：使用 pm_runtime_put_sync_suspend 函数释放与该域关联的设备的运行时 PM 引用。
static int imx_pgc_power_down(struct generic_pm_domain *genpd)
{
	struct imx_pgc_domain *domain = to_imx_pgc_domain(genpd);
	u32 reg_val, pgc;
	int ret;

	/* Enable reset clocks for all devices in the domain */
	if (!domain->keep_clocks) {
		ret = clk_bulk_prepare_enable(domain->num_clks, domain->clks);
	}

	/* request the ADB400 to power down */
	if (domain->bits.hskreq) {
		regmap_clear_bits(domain->regmap, domain->regs->hsk,
				  domain->bits.hskreq);

		ret = regmap_read_poll_timeout(domain->regmap, domain->regs->hsk,
					       reg_val,
					       !(reg_val & domain->bits.hskack),
					       0, USEC_PER_MSEC);
	}

	raw_notifier_call_chain(&genpd->power_notifiers, IMX_GPCV2_NOTIFY_OFF_ADB400, NULL);

	if (domain->bits.pxx) {
		/* enable power control */
		for_each_set_bit(pgc, &domain->pgc, 32) {
			regmap_update_bits(domain->regmap, GPC_PGC_CTRL(pgc),
					   GPC_PGC_CTRL_PCR, GPC_PGC_CTRL_PCR);
		}

		/* request the domain to power down */
		regmap_update_bits(domain->regmap, domain->regs->pdn,
				   domain->bits.pxx, domain->bits.pxx);
		/*
		 * As per "5.5.9.4 Example Code 4" in IMX7DRM.pdf wait
		 * for PUP_REQ/PDN_REQ bit to be cleared
		 */
		ret = regmap_read_poll_timeout(domain->regmap,
					       domain->regs->pdn, reg_val,
					       !(reg_val & domain->bits.pxx),
					       0, USEC_PER_MSEC);
	}

	/* Disable reset clocks for all devices in the domain */
	clk_bulk_disable_unprepare(domain->num_clks, domain->clks);

	if (!IS_ERR(domain->regulator)) {
		ret = regulator_disable(domain->regulator);
	}

	pm_runtime_put_sync_suspend(domain->dev);

	return 0;
}

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