SoC上有很多核，ATF和Linux占據(jù)了A核，SCP占據(jù)了一個M核，當遇到Linux沒有權限的事情的時候（SMC進入EL3轉(zhuǎn)PSCI協(xié)議，例如電源管理），就需要給SCP打報告，SCP審批完批條子后去執(zhí)行。這其中涉及到了異構核間通信，估計第一時間會想到mailbox，不過mailbox算是一個傳輸層，面向的是bit位數(shù)據(jù)的傳輸，可以把這些傳輸數(shù)據(jù)組織成一個協(xié)議層，在AP與SCP的核間通信中那就是SCMI。

1. SMC系統(tǒng)調(diào)用與PSCI協(xié)議

當Linux想要關機或者休眠的時候，這涉及到整個系統(tǒng)電源狀態(tài)的變化，為了安全性Linux內(nèi)核沒有權利去直接執(zhí)行了，需要陷入到EL3等級去執(zhí)行，可以參考之前文章ARM ATF入門-安全固件軟件介紹和代碼運行，在EL3中處理的程序是BL31，把SMC系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)轉(zhuǎn)化為PSCI協(xié)議去執(zhí)行，這時如果有SCP那A核就憋屈了，自己沒權利執(zhí)行需要通過SCMI協(xié)議上報給SCP了。這就是整個過程的軟件協(xié)議棧如上圖中：

• 用戶層：首先用戶發(fā)起的一些操作，通過用戶空間的各service處理，會經(jīng)過內(nèi)核提供的sysfs，操作cpu hotplug、device pm、EAS、IPA等。
• 內(nèi)核層：在linux內(nèi)核中，EAS（energy aware scheduling）通過感知到當前的負載及相應的功耗，經(jīng)過cpuidle、cpu dvfs及調(diào)度選擇idle等級、cpu頻率及大核或者小核上運行。IPA（intrlligent power allocation）經(jīng)過與EAS的交互，做熱相關的管理。
• ATF層：Linux kernel中發(fā)起的操作，會經(jīng)過電源狀態(tài)協(xié)調(diào)接口（Power State Coordination Interface，簡稱PSCI），由操作系統(tǒng)無關的framework（ARM Trusted Firmware，簡稱ATF）做相關的處理后，通過系統(tǒng)控制與管理接口（System Control and Management Interface，簡稱SCMI），向系統(tǒng)控制處理器（system controlprocessor，簡稱SCP）發(fā)起低功耗操作。
• SCP層：SCP（系統(tǒng)控制處理器system control processor）最終會控制芯片上的sensor、clock、power domain、及板級的pmic做低功耗相關的處理。

總結：用戶進程 --sysfs--> 內(nèi)核（EAS、IPA）--PSCI--> ATF --SCMI-->SCP --LPI--> 功耗輸出器件1.1 SMC指令上面看完有一個整體的認識，下面進入正題，先介紹下什么是SMC指令，為什么走SMC就是安全通道，Linux直接給SCP通信就是非安全通道，這兩種通道怎么去區(qū)分？首先看SMC規(guī)范，ARM官方文檔地址：https://developer.arm.com/documentation/den0028/latest《DEN0028E_SMC_Calling_Convention_1.4》本文檔定義了一種通用的調(diào)用機制，可與Armv7和Armv8架構中的安全監(jiān)視器調(diào)用（SMC）和系統(tǒng)監(jiān)控程序調(diào)用（HVC）指令一起使用。SMC指令用于生成一個同步異常，該異常由運行在EL3中的安全監(jiān)視器代碼處理。參數(shù)和返回值將在寄存器中傳遞。在由安全監(jiān)視器處理之后，由指令產(chǎn)生的調(diào)用可以傳遞到受信任的操作系統(tǒng)或安全軟件堆棧中的其他實體。HVC指令用于生成由在EL2中運行的管理程序處理的同步異常。參數(shù)和返回值將在寄存器中傳遞。管理程序還可以捕獲由客戶操作系統(tǒng)（在EL1）發(fā)出的SMC調(diào)用，這允許適當?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬、傳遞或拒絕調(diào)用。本規(guī)范旨在簡化集成和減少軟件層之間的碎片化，例如操作系統(tǒng)、系統(tǒng)管理程序、受信任的操作系統(tǒng)、安全監(jiān)視器和系統(tǒng)固件。具體的各種定義可以自己看手冊，我們在Linux代碼中執(zhí)行smc調(diào)用的時候的函數(shù)例如關機為：

#define PSCI_0_2_FN_BASE   0x84000000
#define PSCI_0_2_FN(n) (PSCI_0_2_FN_BASE + (n))
#define PSCI_0_2_FN_SYSTEM_OFF PSCI_0_2_FN(8)
static void psci_sys_poweroff(void)
{
  invoke_psci_fn(PSCI_0_2_FN_SYSTEM_OFF, 0, 0, 0);
}

PSCI_0_2_FN_SYSTEM_OFF的值計算為：0x84000000+8,在規(guī)范的表6-2：分配給不同服務的功能標識符的子范圍中，表中的各種功能就是走安全通道的，不是SMC或者HVC命令的功能就是非安全通道的，當然也可以根據(jù)自己的需求選擇，一般PSCI協(xié)議中的功能都是走安全通道。 1.2 PSCI協(xié)議PSCI協(xié)議官方地址：https://developer.arm.com/documentation/den0022/d/《Power_State_Coordination_Interface_PDD_v1_1_DEN0022D》本文檔定義了一個電源管理的標準接口，操作系統(tǒng)供應商可用于在ARM設備上使用不同特權級別的監(jiān)控軟件。該接口旨在在以下電源管理場景中代碼通用化：

• 內(nèi)核空閑管理。
• 動態(tài)添加和刪除核心，以及輔助核心引導。
• 系統(tǒng)關閉和復位。

該接口不包括動態(tài)電壓和頻率縮放（DVFS）或設備電源管理（例如，對圖形處理器等外設的管理）。為什么需要PSCI？具有電源管理感知的操作系統(tǒng)動態(tài)地改變核心的電源狀態(tài)，平衡可用的計算容量以匹配當前的工作負載，同時努力使用最小的功率量。其中一些技術可以動態(tài)地打開和關閉內(nèi)核，或?qū)⑺鼈冎糜陟o止狀態(tài)，在靜止狀態(tài)下它們不再執(zhí)行計算。這意味著它們消耗的能量很少。這些技術的主要例子是：

• 空閑管理：當操作系統(tǒng)中的內(nèi)核在核心上沒有線程可以調(diào)度時，它會將該核心置于時鐘門控、保留狀態(tài)，甚至是完全電源門控狀態(tài)。然而，該核心仍然可用于操作系統(tǒng)。
• 熱插拔：當計算需求低時，核心會物理關閉，當需求增加時恢復在線。該操作系統(tǒng)將遷移所有遠離離線的核心的中斷和線程，并在它們重新聯(lián)機時重新平衡負載。

具體包含那些功能，可以自己去看規(guī)范文檔，這里截圖算個記錄：比如關機就是5.10里面的內(nèi)容。 2. SCMI協(xié)議現(xiàn)在繼續(xù)聊SCP里面的東西，上來就是SCMI協(xié)議，同樣還是去ARM官網(wǎng)找：《DEN0056B_System_Control_and_Management_Interface_v2_0》這個協(xié)議在哪里用到，我們來看一個圖：SCP會以服務的方式來支持AP參與運行管理，這也就需要SCP和AP之間有一個通信接口。這個通信接口在硬件上可以通過共享存儲和MHU（Message HandlingUnit）實現(xiàn)；在軟件上，通過定義一組通信協(xié)議來實現(xiàn)。

主要涉及的模塊如下：

• mhu模塊：Message HandlingUnit (MHU)在module/mhu/src/mod_mhu.c中實現(xiàn)

• msg_smt模塊：Shared MemoryTransport 是一種用于描述系統(tǒng)內(nèi)存拓撲的數(shù)據(jù)結構。在ARM 架構中，SCP 固件使用 Shared MemoryTransport來提供有關系統(tǒng)內(nèi)存的信息，如地址范圍、類型、屬性等。SystemMemory Tables 通常由系統(tǒng)固件在啟動過程中生成，并由SCP 固件和其他系統(tǒng)組件使用。它們允許系統(tǒng)軟件了解和管理系統(tǒng)中可用的內(nèi)存資源。

• SCMI模塊：System Control &Management Interface (SCMI)

• 業(yè)務處理模塊，為scmi protocol模塊例如scmi_power_domain

SCMI抽象出協(xié)議和傳輸兩層，協(xié)議層描述能夠支持的命令，傳輸層定義了命令通過什么方式傳輸，發(fā)送命令方稱為agent。有個限制，每個agent的傳輸通道必須一個或者多個，然后如果有安全需求，那安全AP必須使用安全的通道進行傳輸數(shù)據(jù)。協(xié)議層：

• 通道（channel）必須是分開獨立的，各個agent不能使用同一個。避免platform無法識別message對應方

• agent必須是獨立的操作系統(tǒng)

• 通道支持雙向通訊，另外也能夠支持中斷、polling兩種方式，讓agent選擇

從agent到platform的消息分為兩種，同步和異步，為A2P通道：

• 同步（synchronous），agent返回的時候?qū)?span lang="en-us" style="font-family:Arial, sans-serif;" xml:lang="en-us">platform操作就已經(jīng)完成了。platform返回操作結果命令也是通過agent到platform的通道，同一個通道完成這些操作

• 異步（asynchronoous），當platform完成后，會發(fā)送 delayed response給到agent告知對方工作完成，這是P2A通道。agent發(fā)送完消息后，立馬得到platform的返回，然后釋放通道繼續(xù)做下一次傳輸

SCMI協(xié)議的整體應用框圖，從SCMI規(guī)范截圖如下：

scmi transport,channel,agent的對應關系：

1.一個scp可以有多個agent,agent是運行在操作系統(tǒng)，安全固件的軟件或者一個使用scmi協(xié)議的設備。例如juno有如下代理，0保留給平臺。

enum juno_scmi_agent_idx { /* 0 is reserved for the platform */ JUNO_SCMI_AGENT_IDX_OSPM = 1, JUNO_SCMI_AGENT_IDX_PSCI, JUNO_SCMI_AGENT_IDX_COUNT, };

2. transport定義了scmi協(xié)議如何傳輸。比如shared memory。一個agent可以有多個A2P或P2A channel，channel是雙向的，但是協(xié)議發(fā)起者（主）-接收者（從）關系是固定的。故若要使能通知功能，除了一個A2P channel外，還需要一個P2A channel分配給這個agent.

SCMI協(xié)議的message header定義如下，對應代碼module/scmi/include/mod_scmi_std.h中定義

[protocol_id]：

[message id]：

message id是二級功能區(qū)分id算cmd，例如設置狀態(tài)、獲取狀態(tài)等具體操作。如果有新增的協(xié)議，那里面0/1/2這三個message都必須按照協(xié)議走。

?[message type]：

Commands 的message type都是0。對于不支持的協(xié)議和message類型，platform都要回復 NOT_SUPPORTED

Delayed responses 類型都是2

Notifications 為3

傳輸層：

傳輸層文檔也就定義了一種方式，mailbox方式（核間通訊的一種ip）。這種通訊的前提是系統(tǒng)能夠在agents和platform之間存在共享內(nèi)存（ddr和片上flash都行，最好是片上flash）。mailebox能夠完美支持前面提到的通道的需求，中斷、內(nèi)存和完成中斷等都能夠，而且是軟件可操控。比如下面流程指出的中斷和polling方式：

?mailbox通訊怎么定義在flash里面的layout:

?3. Agent scmi消息處理流程這里我們以一個protocol_id為0x11的power domain控制消息為例子進行說明：

scp中scmi消息處理時序圖

1.mhu模塊-中斷產(chǎn)生：scmi底層硬件對應的模塊是mhu模塊，當硬件收到agent的消息時候會產(chǎn)生中斷，中斷處理函數(shù)為mhu_isr。在該函數(shù)中通過中斷源查表獲取對應的設備和smtchannel。然后調(diào)用transport模塊的api(調(diào)用transport_channel->api->signal_message(transport_channel->id);)發(fā)送消息。

2.transport模塊-獲取通道上下文:signal_messageapi中通過channel id獲取channel上下文信息，檢查通道是否ready和locked，調(diào)用scmi模塊的api 處理（channel_ctx->scmi_api->signal_message(channel_ctx->scmi_service_id);）。

3.scmi模塊-產(chǎn)生處理事件：

?scmi的api函數(shù)signal_message中將該消息封裝成事件，通過fwk_put_event發(fā)送一個fwk_event_light。（事件中source_id為scmi模塊，.target_id 為上一級smt 中channel_ctx->scmi_service_id，也是scmi。所以讓該事件是自己發(fā)給自己的）。因為event有隊列，中斷調(diào)用的api是實時的。在scmi的.process_event回調(diào)函數(shù)中處理上面的事件。

?首先通過scmi維護的scmi_ctx.service_ctx_table獲取transport信息找到transport_api（msg_smt模塊提供），然后讀出scmi消息的頭部（scmi_protocol_id、scmi_message_id、scmi_message_type、scmi_token）。

?然后通過get_agent_id(event->target_id, &agent_id)獲取該scmi 協(xié)議的agent_id（OSPM、PSCI等），根據(jù)agent_id獲取到agent_type（psci、ospi等）。

?最后根據(jù)scmi_protocol_id找到protocol（例如0x11是power domain處理），調(diào)用protocol->message_handler(protocol->id,event->target_id,payload, payload_size, ctx->scmi_message_id)執(zhí)行相對應的protocol的消息處理函數(shù)。message_handler函數(shù)執(zhí)行到了scmi_power_domain模塊。

4.scmi_power_domain模塊-解析scmi消息：.message_handle函數(shù)對消息進行檢驗，將進行權限判斷，然后查表調(diào)用具體的消息處理函數(shù)handler_table[message_id](service_id, payload)。例如scmi_protocol_id為scmi_power_domain，scmi_message_type為MOD_SCMI_PD_POWER_STATE_SET，則處理函數(shù)為scmi_pd_power_state_set_handler。該函數(shù)中將會進行策略判斷（大多數(shù)模塊為空），然后調(diào)用scmi_pd_ctx.pd_api->set_state(pd_id,pd_power_state)進行power domain的set,pd_api對應power_domain模塊中對外api函數(shù)。

5.power_domain模塊-調(diào)用driver處理：power_domain模塊的api set_state函數(shù)先組裝了一個event發(fā)給pd_id，也就是自己。pd_process_event（）函數(shù)進行處理，process_set_state_request（）按照pd的樹形結構對狀態(tài)進行設置，然后調(diào)用initiate_power_state_transition（）執(zhí)行status =pd->driver_api->set_state(pd->driver_id, state);更新pd的狀態(tài)，并拿到執(zhí)行結果status 。這里driver_api是在product/juno/scp_ramfw/config_power_domain.c的struct fwk_elementelement_table變量中定義，可以看到為FWK_MODULE_IDX_JUNO_PPU中提供

6.juno_ppu模塊-寄存器設置：根據(jù)ppu_id拿到ppu的上下文ppu_ctx，按照傳入的state值（on或者off）執(zhí)行status =ppu_set_state_and_wait(ppu_ctx, mode);最后執(zhí)行reg->POWER_POLICY = (uint32_t)mode;進行寄存器設置生效。

7.scmi_power_domain模塊-返回結果：最后調(diào)用scmi_pd_ctx.scmi_api->respond(service_id, &return_values,....)到scmi 模塊。

8.scmi模塊：scmi中api的respond函數(shù)將會通過service_id查表service_ctx_table獲取transport信息，然后調(diào)用ctx->respond(ctx->transport_id,payload, size)，為msg_smt模塊中respond api()（注transport_id在config_scmi.c 中配置。指定transport為smt模塊+smt內(nèi)的具體channel element元素)）。

9.transport模塊：msg_smt模塊中的respond api為smt_respond（）函數(shù)。通過上一級傳入的transport_id/channel_id的element_idx部分，查表smt_ctx.channel_ctx_table獲取channel消息。 然后填充Shared Memory，并調(diào)用channel_ctx->driver_api->raise_interrupt(channel_ctx->driver_id)產(chǎn)生中斷，通知agent。

10.mhu模塊產(chǎn)生中斷：raise_interrupt（）函數(shù)中，根據(jù)slot_id找到設備上下文，然后對寄存器進行設置reg->SET |= (1U << slot);。

從上面可以看到，scmi的處理流程基本是通用的，涉及到不同平臺的就是最后硬件的設置，需要新建一個juno_ppu模塊-寄存器設置，及其配置文件。

SCP中scmi協(xié)議處理:

系統(tǒng)支持兩種agent：PSCI和OSPM，發(fā)來的SCMI消息根據(jù)protocol_id進行分類，然后根據(jù)message_id子命令找到合適的處理函數(shù)，最后根據(jù)message_type決定是否進行回復。
關于SCMI協(xié)議的一些參數(shù)定義可以參考代碼：module/scmi/include/mod_scmi_std.h例如上面我們介紹過0x11 powerdomain，其他的處理過程相似可以通過下面表速查到相關模塊，從模塊的static int (*handler_table中根據(jù)message_id下標迅速找到處理函數(shù)：

protocol_id	描述	涉及模塊及處理代碼
0x10	Base protocol	module/scmi/src/mod_scmi_base.c
0x11	Power domain management protocol	module/scmi_power_domain/src/mod_scmi_power_domain.c
0x12	System power management protocol	module/scmi_system_power/src/mod_scmi_system_power.c
0x13	Performance domain management protocol	module/scmi_perf/src/mod_scmi_perf.c
0x14	Clock management protocol	module/scmi_clock/src/mod_scmi_clock.c
0x15	Sensor management protocol	module/scmi_sensor/src/mod_scmi_sensor.c
0x16	Reset domain management protocol	module/scmi_reset_domain/src/mod_scmi_reset_domain.c
0x17	Voltage domain management protocol	module/scmi_voltage_domain/src/mod_scmi_voltage_domain.c
0x18	Power capping and monitoring protocol	不支持
0x19	Pin Control protocol	不支持

4. PPU的電源控制

0x11	Power domain management protocol	module/scmi_power_domain/src/mod_scmi_power_domain.c
0x12	System power management protocol	module/scmi_system_power/src/mod_scmi_system_power.c

0x11 pd，0x12 system是通過power domain模塊，然后到PPU模塊進行電源控制的。關于PPU可以去PCSA規(guī)范中查看，PPU是一個硬件模塊，SCP通過PPU去控制具體的時鐘、電源等硬件。PPU類型如下所示：

enum mod_pd_type { MOD_PD_TYPE_CORE, MOD_PD_TYPE_CLUSTER, MOD_PD_TYPE_DEVICE, MOD_PD_TYPE_DEVICE_DEBUG, MOD_PD_TYPE_SYSTEM, MOD_PD_TYPE_COUNT };

這里舉例CPU COER的電源硬件控制，其他的自己看代碼。

MOD_PD_TYPE_CORE的處理api為core_pd_driver_api，如下：

static const struct mod_pd_driver_api core_pd_driver_api = { .set_state = core_set_state, .get_state = pd_get_state, .reset = core_reset, .prepare_core_for_system_suspend = core_prepare_core_for_system_suspend, };

core_set_state：

首先根據(jù)ppu_id拿到上下文參數(shù)（config_juno_ppu.c中定義），然后根據(jù)要設置的state進行分開處理：

static int core_set_state(fwk_id_t ppu_id, unsigned int state) { get_ctx(ppu_id, &ppu_ctx); dev_config = ppu_ctx->config; mode = pd_state_to_ppu_mode[state]; switch ((enum mod_pd_state)state) { case MOD_PD_STATE_OFF: //設置PPU狀態(tài)，并等待生效 status = ppu_set_state_and_wait(ppu_ctx, mode); //清空這個PPU對應的中斷消息 status = clear_pending_wakeup_irq(dev_config); //關閉這個PPU對應的中斷消息 status = disable_wakeup_irq(dev_config); //關閉軟重啟中斷消息 status = fwk_interrupt_disable(dev_config->warm_reset_irq); break; case MOD_PD_STATE_SLEEP: status = ppu_set_state_and_wait(ppu_ctx, mode); status = clear_pending_wakeup_irq(dev_config); status = enable_wakeup_irq(dev_config); status = fwk_interrupt_disable(dev_config->warm_reset_irq); break; case MOD_PD_STATE_ON: status = fwk_interrupt_clear_pending(dev_config->warm_reset_irq); status = fwk_interrupt_enable(dev_config->warm_reset_irq); status = ppu_set_state_and_wait(ppu_ctx, mode); break; default: fwk_unexpected(); status = FWK_E_PANIC; break; } //power_domain模塊中api調(diào)用，對這個pd進行訂閱的模塊會收到電源變化通知 status = ppu_ctx->pd_api->report_power_state_transition(ppu_ctx->bound_id, state); return FWK_SUCCESS; }·

ppu_set_state_and_wait(ppu_ctx, mode);中設置PPU的mode，首先mode的轉(zhuǎn)化如下：

static enum ppu_mode pd_state_to_ppu_mode[] = { [MOD_PD_STATE_OFF] = PPU_MODE_OFF, [MOD_PD_STATE_SLEEP] = PPU_MODE_OFF, [MOD_PD_STATE_ON] = PPU_MODE_ON, [MOD_SYSTEM_POWER_POWER_STATE_SLEEP0] = PPU_MODE_MEM_RET, };

ppu_set_state_and_wait（）函數(shù)中，對于mode的設置：

static int ppu_set_state_and_wait(struct ppu_ctx *ppu_ctx,enum ppu_mode mode) { //對寄存器進行設置 reg = ppu_ctx->reg; reg->POWER_POLICY = (uint32_t)mode; //根據(jù)配置信息等待PPU設置完成 dev_config = ppu_ctx->config; params.mode = mode; params.reg = reg; if (fwk_id_is_equal(dev_config->timer_id, FWK_ID_NONE)) { /* Wait for the PPU to set */ while (!set_power_status_check(¶ms)) { continue; } }

對于中斷的控制通過framework/src/fwk_interrupt.c中對外函數(shù)

int fwk_interrupt_disable(unsigned int interrupt) { if (!initialized) { return FWK_E_INIT; } return fwk_interrupt_driver->disable(interrupt); }

fwk_interrupt_driver在arch/arm/arm-m/src/arch_nvic.c中實現(xiàn)：

static int disable(unsigned int interrupt) { if (interrupt >= irq_count) { return FWK_E_PARAM; } NVIC_DisableIRQ((enum IRQn)interrupt); return FWK_SUCCESS; } __STATIC_INLINE void __NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn) { if ((int32_t)(IRQn) >= 0) { NVIC->ICER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL)); __DSB(); __ISB(); } }

對硬件寄存器進行了設置。

其他：SCP入門系列就算講完了，有規(guī)范有源碼，有一點缺陷就是沒用qmeu運行起來，官方也沒給出，只說用ARM的Fixed Virtual Platform (FVP)能運行，不熟悉操作起來估計有點費勁對PC要求也高，這個SCP也比較小眾在大規(guī)模的SoC上才有應用，提出的挺早但是應用的還是不多。其實找一個qemu支持的板子，把代碼改一改應該也能運行起來，有興趣的可以自己嘗試下。 后記：英文規(guī)范+源碼才是一手資料，看二手資料永遠都跟不上別人，比如知乎、CSDN、公眾號、bilibili等中文的總結文檔，甚至我這篇博客。為什么會這樣？因為英文規(guī)范很全面，總結出來的二手中文文檔只是翻譯了其中一部分，但是那個寫二手文檔的人肯定把一手的都看了，所以你看二手的因為不全而永遠落后別人，二手好處就是入門快，要精通還是看一手的吧。不過我這里盡量是簡介和匯總文檔，而不是大篇幅的摘抄翻譯，讓大家好找到出處，知道去看什么英文文檔，去哪里找，一般就是ARM官網(wǎng)（本文的SMC、PSCI、SCMI）或者github。搞一些有點技術含量的研發(fā)特別是靠近底層軟件和芯片技術的，英文是一道坎，中國沒有只能學學老外5-10前的技術已經(jīng)算先進的了，這些領域國內(nèi)基本還是海歸或者外企待過的人把持，說話都夾雜著滿嘴的英文單詞和行業(yè)術語縮寫，不裝逼還真不是一個level的了，現(xiàn)在都是把電腦系統(tǒng)和常用軟件都換英文顯示的了，努力看英文無障礙。