關於Linux的快速啟動（fastboot）和低功耗（low power）的學習記錄

　　我今天想查一下Intel工程師放在CSDN的一個視頻，名字倒是查出來叫：Moblin系統的快速啟動核心技術剖析，但是怎麼找也找不找了。這是一個好的技術介紹。難道給刪除了。不知道CSDN是否上次查圖片的時候，禁止了所有的視頻。沒辦法了，翻箱倒櫃，找到了以前做的一些筆記，先記錄下來。不過不保證完全忠於原著。可能有刪減。聊勝於無嘛。如果能再次公開那些技術視頻就好了，我本來是想找codec和容器的資料，記得也是Intel工程師給的，後來發現什麼都不見了。

　　Intel在Meego（原Moblin）的革新，一是快速啟動，二是低功耗，進入了Linux的mainline，使得阿土（ubutu）和fadora能號稱在十秒的層級上開機啟動。這在手持功能中是非常重要的。下面記錄可能不完全反映原來視頻的內容，加入了我的一些理解，對不感興趣的部分跳過，如果有任何技術問題，應當不歸於INTEL的工程師。

快速啟動

　　系統的開機，從我們按power開始到能夠正常使用，包含三部分的內容：一、BIOS/BSP的啟動時間；二、系統平台（作業系統）的啟動時間；三、案頭UI和應用的啟動時間。

　　第一部分和硬體有關，和系統平台無關，不討論。

　　第二部分是實現快速啟動的核心關鍵區段。有下面的四個關鍵技術：

關鍵技術1：核心模組（包括裝置驅動）的快速載入

• 儘可能將核心模組編譯到Kernel image內部：減少需要另行獨立載入的模組的方式，節省時間
• 非同步核心模組初始化：提高核心模組處理的並行化，可同時檢測多個硬體裝置來減少啟動時間。

關鍵技術2：加速檔案讀取效率（Sreadahead：super read ahead）

• 採用Sreadahead，提高對SSD的檔案讀取速度：對開機檔案放入kernel page cache中。

關鍵技術3：最佳化顯示驅動，實現X server的快速啟動（fast X）

• 減少顯卡驅動載入所消耗的時間，減少顯卡驅動所佔記憶體
• 加速X Server啟動時間：對XKB(leyboard layouts)結果進行緩衝，以便以後直接使用，X可直接使用kernel啟動時檢測到的使用模式。

關鍵技術4：最佳化init指令碼

• 精簡不必要的背景程式和服務（nfs server， mail server）
• 並行啟動必要的背景程式服務（例如dbus，hal，connman）

　　第三部分是我們啟動上層應用和服務，在智能手機中要好好斟酌啟動的順序。

低功耗技術

關鍵技術1：減少裝置群組件/外設的功耗

• 原則1：對不使用的組件/外設關閉，如果無法關閉，進入睡眠以降低功耗

• 
  原則2：對於休眠的組件/外設，非必要時不喚醒

• 
  原則3：在一個喚醒周期中，儘可能完成更多的工作，使得組件/外設可以更長的休眠時間

• 
  基礎：組件休眠控制技術

• 
  方式：
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    各功能塊獨立供電，優選底功耗器件，可進行開關控制，使用者可設定節能模式

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    電源最佳化管理功能設計、實現底層硬體、系統軟體和應用軟體多層協同

  • 
    狀態切換機制：Idle態（調低CPU時鐘頻率，關閉部分組件，動態電壓調節）

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  例子：
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    例子1：屏低功耗：背光自適應調節優先管理以及屏保

  • 
    例子2：智能的網路連接管理：對於wifi/wapi，避免長時間不斷搜尋，對與資料包的轉寄，先存起來，在周期廣播信標幀是才發送，避免填寫模組一直處於工作狀態，提供休眠期

  • 
    例子3：USB，對於slave模式，從master中充電，對於master模式，不工作時進入休眠。

 

關鍵技術2：系統平台低功耗方案

• 原則1：CPU在工作喚醒周期，儘可能多處理，以儘可能延長睡眠時期；

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  原則2：多個事件同時喚醒，降低喚醒頻率

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  基礎：CPU的低功耗工作模式

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  方式1：kernel低功耗最佳化
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    例子1：Linux Kernel對電源管理的最佳化：根據過往的記錄判斷當前進入哪個層級的C state 。

  • 
    例子2：對P State的智能控制：控制採用On demand cupfreq govener，即按需CPU頻率調節技術。

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    例子3：儘可能同步喚醒：包括kernel tickless idle, 全域Timer技術，合并/同步外設中斷時鐘

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  方式2：使用者空間程式的低功耗最佳化
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    例子1：避免頻繁的中斷事件：最佳化系統各應用，合并/同步事件的觸發事件

  • 
    例子2：減少頻繁I/O處理，合并寫操作，使用較大緩衝，減少讀寫操作的頻率

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    例子3：在應用程式開發中：處理時應儘可能完成多的任務，允許休眠更長的時間

  • 
    例子4：硬體編解碼比軟體編解碼效率高

 

背景知識：CPU的三個state

• C State：A set of Idle States，即一系列休眠狀態：關閉不使用的cycle，越進階別的C state，休眠越深，但喚醒需要的時間和耗電更大

• 
  P state方式：Performent State, 通過降低CPU頻減少CPU點壓（降頻減壓）來減少功耗，可採用按需頻率管控進行最佳化（Ondemand cpufreq governor）。【按需分配是最理想的模式】

• 
  此外還有T state，Thermal State：是用於處理CPU過熱的情況

 

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