驱动开发硬核特训 · Day 20：深入理解电源管理机制与实战演练

系列作者：嵌入式Jerry
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一、引言

在嵌入式系统中，电源管理（Power Management, PM）是一个不可或缺的核心机制，它贯穿设备运行的每一个阶段。尤其在低功耗设计、移动终端、自动化控制等领域，PM 技术的合理使用决定了产品的稳定性、续航能力和热管理水平。

本篇我们将围绕 Linux 电源管理机制，结合 NXP i.MX8MP 平台，带你系统梳理 PM 子系统的组成与工作原理，并通过 regulator 框架完成一个典型的电源控制驱动开发实践。
在这里插入图片描述

二、电源管理概览

Linux 中的电源管理机制主要包括三类：

类型	说明
System Suspend/Resume	整体系统的挂起与恢复（如睡眠/唤醒）
Runtime PM	单个设备在工作状态下的动态电源管理（如不使用时自动关闭）
Regulator Framework	用于控制外部 PMIC 或 LDO 的电源管理子系统

我们重点关注后两者：runtime PM 与 regulator 框架，它们与驱动密切相关。

三、Regulator 框架原理解析

3.1 架构简图

            +------------------+| Regulator Core   |+--------+---------+|+-----------+------------+|                        |+------+-----+          +------+-----+| 驱动接口层 |          | 子系统使用 |+------------+          +------------+|                        |+------+---------+      +------+--------+|  具体 PMIC/LDO |      |  sound/i2c/etc|+----------------+      +---------------+

3.2 驱动中如何使用 Regulator

设备树中定义 regulator
使用 regulator_get() 获取电源控制句柄
通过 regulator_enable() / regulator_disable() 控制电源
使用 regulator_set_voltage() 设定输出电压（若支持）

3.3 典型设备树定义

reg_audio_pwr: regulator-audio-pwr {compatible = "regulator-fixed";regulator-name = "audio-pwr";regulator-min-microvolt = <3300000>;regulator-max-microvolt = <3300000>;gpio = <&gpio4 29 GPIO_ACTIVE_HIGH>;enable-active-high;regulator-always-on;
};

四、实战：驱动中使用 regulator 控制电源

4.1 场景介绍

我们以控制 audio-pwr 电源为例，实现以下目标：

加载驱动时打开电源
卸载驱动时关闭电源
提供一个字符设备接口，通过用户空间控制电源状态

4.2 字符设备控制电源代码

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/regulator/consumer.h>#define DEV_NAME "mypower"
static dev_t devt;
static struct class *power_class;
static struct cdev power_cdev;
static struct regulator *reg;static ssize_t power_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t len, loff_t *off)
{char kbuf[4];if (copy_from_user(kbuf, buf, len))return -EFAULT;if (kbuf[0] == '1') {pr_info("enable power\n");regulator_enable(reg);} else {pr_info("disable power\n");regulator_disable(reg);}return len;
}static struct file_operations power_fops = {.owner = THIS_MODULE,.write = power_write,
};static int __init power_init(void)
{int ret;ret = alloc_chrdev_region(&devt, 0, 1, DEV_NAME);if (ret) return ret;cdev_init(&power_cdev, &power_fops);cdev_add(&power_cdev, devt, 1);power_class = class_create(THIS_MODULE, "mychar_class");device_create(power_class, NULL, devt, NULL, DEV_NAME);reg = regulator_get(NULL, "audio-pwr");if (IS_ERR(reg)) {pr_err("failed to get regulator\n");return PTR_ERR(reg);}regulator_enable(reg);pr_info("regulator enabled on init\n");return 0;
}static void __exit power_exit(void)
{regulator_disable(reg);regulator_put(reg);device_destroy(power_class, devt);class_destroy(power_class);cdev_del(&power_cdev);unregister_chrdev_region(devt, 1);
}module_init(power_init);
module_exit(power_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

4.3 编译加载测试

make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules
insmod mypower.koecho 0 > /dev/mypower   # 关闭电源
echo 1 > /dev/mypower   # 打开电源

五、Runtime PM 初探

5.1 原理与作用

Runtime PM 关注的是在设备“不使用”的时候能否挂起节能。例如：

I2C 总线空闲时关闭
LCD 没有显示内容时关闭背光

它是通过 pm_runtime_xxx() 系列 API 和设备状态跟踪机制实现的。

5.2 示例流程

static int my_probe(struct platform_device *pdev)
{device_init_wakeup(&pdev->dev, true);pm_runtime_enable(&pdev->dev);pm_runtime_get_sync(&pdev->dev);...return 0;
}static int my_remove(struct platform_device *pdev)
{pm_runtime_put_sync(&pdev->dev);pm_runtime_disable(&pdev->dev);...return 0;
}

六、电源管理与设备模型、子系统的结合

层次	说明
设备模型	定义 device 与 driver 的绑定机制
子系统（如 regulator）	实现特定功能领域的统一管理
字符设备	提供用户空间访问方式
sysfs	提供配置与控制接口

这些机制彼此协作，共同完成“驱动-设备-资源”之间的高效管理。