3. Runtime PM API详解

Runtime PM（运行时电源管理）的核心操作围绕“引用计数”展开。设备在运行时，驱动通过增减引用计数来请求硬件进入或退出低功耗状态。Linux 内核提供了一组成对出现的 API，用于管理设备的 runtime 状态。理解这些 API 的语义差异，是正确实现驱动电源管理的关键。

3.1 核心同步 API：pm_runtime_get_sync 与 pm_runtime_put_sync

这两个函数是最常用的同步接口，它们会立即执行状态切换操作，并等待操作完成。

3.1.1 pm_runtime_get_sync

功能： 增加设备的引用计数，并立即唤醒设备（如果当前处于挂起状态）。函数会阻塞直到设备进入“活跃”（active）状态。

• 调用时机： 在访问硬件寄存器前、开启时钟前、或任何需要设备保证供电的场景。
• 返回值： 0 表示成功；负数表示错误（如 -EACCES 表示设备不支持 runtime PM，-EBUSY 表示正在处理其他状态变更）。
• 注意事项： 调用后必须配对调用 pm_runtime_put_sync 或 pm_runtime_put，否则设备将永远无法挂起。

3.1.2 pm_runtime_put_sync

功能： 减少设备的引用计数，并立即尝试挂起设备（如果计数降为 0 且满足挂起条件）。函数会阻塞直到挂起操作完成或确定无法挂起。

• 调用时机： 在硬件访问结束后、时钟关闭后、或数据发送完成时。
• 返回值： 0 表示成功；1 表示设备已经处于挂起状态；负数表示错误。
• 注意事项： 如果设备在挂起过程中被其他上下文再次 get，挂起操作会被取消。

/* 在 SPI 传输开始前 */
pm_runtime_get_sync(&spi->dev);
/* 执行硬件操作 */
spi_write_then_read(spi, tx, len, rx, len);
/* 在传输结束后 */
pm_runtime_put_sync(&spi->dev);

3.2 轻量级 API：pm_runtime_get_noresume 与 pm_runtime_put_noidle

这两个函数只操作引用计数，不触发任何状态切换回调。它们适用于不需要立即改变硬件状态的场景，例如在中断上下文或自旋锁保护区域中。

3.2.1 pm_runtime_get_noresume

功能： 仅增加引用计数，不执行 runtime_resume 回调。如果设备当前处于挂起状态，调用此函数后设备仍然保持挂起，但引用计数增加会阻止后续的挂起尝试。

• 使用限制： 调用者必须确保设备在调用前已经处于活跃状态，或者后续会通过其他方式唤醒设备。
• 返回值： 无返回值（void）。

3.2.2 pm_runtime_put_noidle

功能： 仅减少引用计数，不触发 runtime_suspend 回调。即使计数降为 0，系统也不会立即尝试挂起设备。

• 使用限制： 通常需要配合 pm_request_idle 或 pm_schedule_suspend 来触发实际的挂起操作。
• 返回值： 无返回值（void）。

3.3 异步 API 与辅助函数

除了同步和轻量级 API，内核还提供了异步版本和辅助函数，用于更灵活地控制电源状态。

3.4 API 选择决策流程

下图展示了在驱动开发中如何根据上下文选择合适的 Runtime PM API：

3.5 四组核心 API 对比总结

下表从多个维度对比了四组最常用的 Runtime PM API：

3.6 实战代码示例：SPI 控制器驱动中的 API 组合

以下代码展示了一个 SPI 控制器驱动中，如何在不同的执行路径中组合使用这些 API：

/* SPI 消息发送函数（进程上下文） */
static int spi_send_message(struct spi_device *spi, const void *buf, size_t len)
{
    struct spi_controller *ctlr = spi->controller;
    int ret;

    /* 同步唤醒控制器 */
    ret = pm_runtime_get_sync(ctlr->dev.parent);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&spi->dev, "failed to resume controller: %d\n", ret);
        return ret;
    }

    /* 执行硬件传输 */
    ret = ctlr->transfer_one_message(ctlr, spi, buf, len);

    /* 同步尝试挂起 */
    pm_runtime_put_sync(ctlr->dev.parent);

    return ret;
}

/* 中断处理函数（原子上下文） */
static irqreturn_t spi_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct spi_controller *ctlr = dev_id;

    /* 仅增加引用计数，不触发回调 */
    pm_runtime_get_noresume(ctlr->dev.parent);

    /* 处理中断事件 */
    process_spi_interrupt(ctlr);

    /* 仅减少引用计数，不触发挂起 */
    pm_runtime_put_noidle(ctlr->dev.parent);

    /* 请求系统在空闲时检查是否可挂起 */
    pm_request_idle(ctlr->dev.parent);

    return IRQ_HANDLED;
}

3.7 常见陷阱与调试建议

• 引用计数泄漏： 使用 cat /sys/devices/.../power/runtime_usage 查看当前计数。如果计数持续增长，说明 get 和 put 未配对。
• 死锁风险： 在 runtime_suspend 或 runtime_resume 回调中调用 pm_runtime_get_sync 会导致递归死锁。应使用 pm_runtime_get_noresume 替代。
• 状态不一致： 调用 pm_runtime_put_sync 后立即访问硬件，可能因设备尚未完全挂起而失败。建议在 put 后检查返回值或使用异步版本。
• 调试工具： 开启内核配置 CONFIG_PM_RUNTIME_DEBUG 和 CONFIG_PM_DEBUG，通过 echo enabled > /sys/devices/.../power/control 启用 runtime PM 调试。