CPU概述

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cpu topology

1.1. cpu拓扑

cluster(socket)->core->Threads(目前为止arm没有提出多线程的概念)
cpu拓扑图

1.2 多核技术

基于制程，扩充性等考虑，芯片厂商会把多个core封装在一个chip上，称为socket。socket的概念在X86架构上使用尤其多，可以理解为插槽；
假设一个插槽上有两个core,那么我在主板上插2个插槽，就是4核系统，插上4个插槽就是8核；arm的话则是另外一个概念cluster,簇
在X86架构的PC上，唯一目的的话是提高CPU的处理性能（不在乎功耗），但在移动市场中（大多是arm），性能提高后，对应着就更多的power消耗；对于设备电源管理以及散热提出了更高的要求。与此同时电池并没有随着CPU的拓扑的进化而进化，于是HMP技术就被提出来了；

1.3HMP(Heterogeneous Multi-Processing)

big-little:

  • 在一个chip中封装两类ARM Core,以kirin 960为例:一类为高性能Core,4核ARM A73，最高主频为2.4G，一类为低性能Core,4核ARM A53，最高主频为1.8G
    cpu拓扑图

DynamIQ:

  • 在单一cluster内可有8个核心，且可由不同架构，时钟的核心组成，提升了运作效率与配置的弹性,如高通的845 4核ARM A75，最高为2.8，4核 ARM A55，最高为1.8G

DynamIQ较big-little好处:

  1. 单cluster可有8核心
  2. cluster可搭配不同架构的CPU
  3. 各cpu可有独立的运作时钟
  4. CPU各自开关休眠互不影响
  5. 依照效能需求弹性运用各核心

以龙舟比喻ARM的DynamIQ与先前的big.LITTLE技术，我们把龙舟当成cluster,船员当成core,那么big.LITTLE龙舟上只能有4个船员，而且每个船员身材需要一样（核心架构），划船的时候若多位船员一起划船时，每个人的出力均等(频率一致),不能有人慢划或者快划;
当使用DynamIQ时，每艘船（cluster）上可以有8位高低胖瘦不等(架构)的船员（core），换船频率可以不等，且船员可以依照指令睡觉（关闭）,休息（休眠），或划船（运作）；

cpu内核代码框架

  1. 系统启动时，CPU core的初始化，信息获取
  2. 系统启动时，CPU core的启动（enable）
  3. 系统运行过程中，根据当前负荷，动态enable/disable 某些CPU core,以便在性能与功耗间平衡
  4. cpu core的hotplug支持，所谓的hotplug,是可以在系统运行的过程中，动态的增加或者减少CPU core(可以是物理上，也可以是逻辑上)
  5. 系统运行过程中CPU idle管理
  6. 系统运行过程中，根据当前负荷，动态的调整CPU core的电压和频率，以便在性能和功耗之间平衡

cpu拓扑图
arch-depedent部分位于”arch\arm64\kernel”负责平台相关的控制操作，包括

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cpu 信息的获取（cpuinfo）
cpu拓扑结构的获取（cpu topology）
底层的CPU操作（init,disable等）的实现，cpu ops
SMP相关的初始化（smp）

arch-independent负责实现平台无关的抽象，包括

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cpu control模块，屏蔽底层平台相关实现细节，提供控制CPU(enable,disable等)的统一API，供系统启动，进程调度等模块调用
cpu subsystem driver像用户空间提供CPU hotplug有关的功能；
cpuidle,处理CPU idle有关的逻辑
cpufreq 处理CPU frequency调整有关的逻辑

cpu的状态表示

  1. possible CPU: 就是在DTS中指定了的，物理存在的CPU core
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start_kernel->boot_cpu_init->smp_process_id用于获取cpu id
		           ->set_cpu_xxx,用于将指定的CPU设置为（或清除）指定状态
	    ->setup_arch->smp_init_cpus->sunxi_smp_init_cpus->set_cpu_possible(i, true)
  1. present cpu: 被kernel标识的，具备执行代码条件，后续可以在需要的时候（如hotplug的时候），启动该CPU 
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start_kernel->rest_init->kernel_init->kernel_init_freeable
				     ->smp_prepare_cpus
			     	if (cpu_prepare(cpu)) /**/
					set_cpu_present(cpu,true);
  1. online CPU: 某个CPU是present的，不一定是boot,所谓CPU boot,就是让CPU执行（取指译码/执行）代码
  2. active CPU 只是为了方便调度器操作

参考资料

一图看懂ARM DynamIQ运作原理
Linux CPU core的电源管理(1)概述