linux内核（1）- S3功能

本文主要是介绍linux内核（1）- S3功能，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

（1）s3实现原理

STR（suspend to ram），待机到内存，cpu和外设电源关闭。只有内存处于自刷新的状态。

（2）s3实现流程

1）睡眠流程

1. 应用程序通知系统进入待机状态
2. 系统保留当前状态，保存当前进程状态、保存外设寄存器的值到内存。
3. cpu 进程睡眠，留一个核将外设断电。
4. cpu断电，进入s3状态

1. 唤醒流程

1. 不执行正常dxe阶段，仅执行sec和pei阶段，这两个阶段在cache中执行（避免将内存中的内核数据破坏）
2. 执行boot script table中外设的配置脚本来初始化必要的外设，这部分在NVS内存（？？？）块中执行。这部分内存是bios传参的时候预留。执行之后跳转到内核。

（3）跳转流程

loongson_suspend_lowlevel这个叶子函数就是内核在执行s3状态的最后一个函数。

主要作用：1、将cache中的数据和当前通用寄存器的值保存到到内存中，保存当前sp指针到a1寄存器中，唤醒执行函数地址（wakeup_start）保存在a0寄存器。2、然后将loongson_suspend_addr（0xffffffffbfc00500）这个地址加载到v0寄存器中，然后跳转到这个地址。loongson_suspend_addr通过在UEFI给内核传参的时候，传递给内核。3、跳转到UEFI之后，UEFI首先要做的就是将a0和a1寄存器的值保存到指定的内存地址上，这个内存地址必须保证是UEFI不使用的，在UEFI跳转到内核的时候还需要使用这个地址。

唤醒后UEFI代码执行完，跳回内核的代码的地址就是函数wakeup_start对应的函数地址。wakeup_star叶子函数跳转回来之后第一个执行的内核代码，主要就是恢复函数栈和必要的CPU寄存器的值。这样控制权又返回给了内核。

.align指令实现对二进制的指定位置编译。

（4）内核和uefi异常向量覆盖问题

内核和UEFI的异常向量不同，但是存储的内存是同一块区域（物理地址0x00000180）。当系统睡眠时，从内核上下文跳转到uefi中，需要将内核的异常向量代码保存。当系统唤醒时，跳转到内核之前，需要恢复内核异常向量处理代码（使用cache的地址拷贝这部分代码，这样cache中就有了内核异常向量的拷贝，这样可以使内核的现象和睡眠之前的一致）。在执行恢复内核异常向量代码时，需将UEFI的中断关闭，防止拷贝过程中出现异常处理跳转，跳转到异常处理的地址执行，而代码拷贝还不完整，造成未知现象。

（5）多核启动

龙芯cpu在启动过程中。主核执行uefi代码，从核没有执行代码，它们在cache的地址上轮询mailbos寄存器的状态，等待系统进入内核状态来唤醒它们。唤醒过程需要注意设置从核状态，是它们取轮询mailbox寄存器。当内核启动后唤醒从核来执行内核代码。

（6）内核中待机实现流程

1）state_store函数的注册流程

当执行echo mem > /sys/power/state命令后。内核首先执行state_store函数（位于kernel/power/main.c）。

state_store函数的注册流程：pm_init -> kobject_create_and_add -> kobject_create -> kobject_init(kobj. &dyncamic_kobj_type)。这里dyncamic_kobj_type是个结构，state_store就包含在这个结构中。obj_attr_store函数中调用的kattr->store(kobj, kattr, buf, count)就是执行的state_store函数。

arch_initcall(loongson_pm_init)在编译的时候就已经将这段代码编译到初始化的函数中，在start_kernel执行的时候就会调用loongson_pm_init这个函数，这个函数就是我们平台对应的函数。会将loongson_pm_ops这个结构注册到内核，然后内核调用平台的代码函数的时候，就会调用这里面的函数。

2）待机流程

state_store做一些必要的操作：上锁，参数解析。调用pm_suspend。pm_suspend函数进行一些必要的参数解析，然后调用enter_state函数。如果没有错误，更新一下suspend_stats.success的值，如果出错，会进行错误的处理和更新suspend_stats.fail的值。

enter_state函数调用了suspend_prepare和suspend_devices_and_enter函数，suspend_prepare主要是待机之前的准备工作，冻结用户进程，内核线程，workqueue等操作，然后调用suspend_devices_and_enter去执行设备的待机操作，然后进入真正的待机状态。

suspend_devices_and_enter函数首先会调用suspend_console()这个函数将控制台冻结，从此之后用printk函数打印的log将不会再有输出。然后调用dpm_suspend_start这个函数，这是去执行设备的suspend的函数，设备的待机操作相关的函数都是这个函数实现的。

dpm_suspend_start函数主要调用了dpm_prepare和dpm_suspend函数，dpm_prepare函数就是执行的设备驱动中注册的suspend_prepare，函数调用的是device_prepare，主要的功能就是获取设备的待机前prepare函数的指针，也就是代码中的callback函数指针的值。dev对应每个设备驱动，在设备驱动初始化的时候，已经将这个结构的成员注册，这里面只需要找到结构中的prepare函数，来执行即可。

dpm_suspend函数最重要的就是获取到设备驱动注册的suspend函数，找到后callback函数的指针赋值，然后调用dpm_run_callback函数去执行真正的suspend函数，这样一次遍历链表，将每个设备都suspend之后，然后到函数dpm_suspend_start中。最后执行 suspend_enter去执行，函数从这里就调用到了平台注册的函数，

suspend_enter函数调用loongson_suspend_lowlevel函数跳转到uefi过程中执行后续设备和cpu的断电工作。

（7）唤醒工作中关于跳转到内核的内嵌汇编解析：

__asm__ __volatile__(

            ".set   noat            \n" /*  set noat防止汇编器将汇编代码翻译成at/$1寄存器的指令序列

.set nomacro防止汇编器将单个汇编语句翻译成多个指令

.set noreorder 防止汇编器为了在分支延迟槽中填充有用代码而打    乱代码执行顺序 */

            ".set   mips64          \n"

            "move   $t0, %0         \n"

            "move   $t1, %1         \n"

            "dli    $t2, 0x00000000ffffffff \n"

            "and    $t1,$t2         \n"

            "dsll   $t0,32          \n"

            "or $sp, $t0,$t1        \n"

            "jr %2                \n"

            "nop                \n"

            ".set   at          \n"

/*if there is*/

/* : "=r" (result) */

            : /* No outputs */

            :"r"(sp_h), "r"(sp_l),"r"(str_ra)

            );

__asm__ __volatile__("……"); "__asm__"表示后面的代码为内嵌汇编，"__volatile__"表示编译器不要优化代码，后面的指令保留原样，括号里面是汇编指令。

内嵌汇编语法如下:
__asm__(汇编语句模板: 输出部分: 输入部分: 破坏描述部分)

".set noat\n……"是指令模板；"%0"、"%1和%2"代表指令的操作数，称为占位符，内嵌汇编靠它们将C 语言表达式与指令操作数相对应。指令模板后面用小括号括起来的是C语言表达式，本例中只有两个："sp_h、sp_l和str_ra"，他们按照出现的顺序分别与指令操作数"%0"、"%1和%2"对应；注意对应顺序：第一个C 表达式对应"%0"；第二个表达式对应"%1"，依次类推，操作数至多有10 个，分别用"%0","%1"...."%9"表示。

在每个操作数前面有一个用引号括起来的字符串，字符串的内容是对该操作数的限制或者说要求。 "result"前面的限制字符串是"=r"，其中"="表示"result"是输出操作数，"r" 表示需要将"result"与某个通用寄存器相关联，先将操作数的值读入寄存器，然后在指令中使用相应寄存器，而不是"result"本身，当然指令执行 完后需要将寄存器中的值存入变量"result"，从表面上看好像是指令直接对"result"进行操作，实际上GCC做了隐式处理，这样我们可以少写一些指令。 "sp_h"、sp_l和str_ra前面的"r"表示该表达式需要先放入某个寄存器，然后在指令中使用该寄存器参加运算。
   C表达式或者变量与寄存器的关系由GCC自动处理，我们只需使用限制字符串指导GCC如何处理即可。限制字符(指示编译器如何处理其后的C语言变量与指令操作数之间的关系)必须与指令对操作数的要求相匹配，否则产生的汇编代码将会有错。

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