BSP Development · 13/21

BSP Power Management — Suspend/Resume·Runtime PM·Regulator

2026년 5월 18일 · Hawk · 5분 읽기

embedded bsp power-management pm runtime-pm

#한 줄 요약

Linux 전력 관리는 4개의 직교 축으로 구성됩니다 — system sleep, runtime PM, cpuidle, cpufreq. BSP는 각 축에 적절한 디바이스·정책을 명시적으로 연결해야 합니다. 기본값으로 두면 절전이 되지 않거나, 반대로 부팅 후 disable이 안 풀려 디바이스가 동작 안 합니다.

배터리 구동 보드, 발열 민감 보드, 24시간 운용 보드 모두 PM 작업이 필요합니다. 양산 단계에서 milliwatt 단위로 측정하며 어느 도메인이 켜져 있는지 확인하는 일이 흔합니다. 이번 글은 BSP가 PM을 통합할 때 필요한 framework 4종과 측정·튜닝 흐름을 정리합니다.

#4개의 PM 축

축	동작	주 인터페이스
System sleep (suspend-to-RAM / disk)	사용자 명시, 전체 시스템 정지	`echo mem > /sys/power/state`
Runtime PM	디바이스별 dynamic suspend. 사용 안 하면 자동 OFF	`pm_runtime_get` / `pm_runtime_put`
cpuidle	CPU의 짧은 idle 진입, C-state 진입·탈출	`/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpuidle/`
cpufreq	동작 중 CPU의 frequency·voltage 조정 (DVFS)	`/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/`

각 축은 독립적으로 동작하지만 같은 PMIC, 같은 regulator를 공유합니다.

#System sleep — suspend states

1
$ cat /sys/power/state
2
freeze mem disk

state	의미	복귀 시간
`freeze`	userspace freeze, idle 진입. 가장 가벼움	< 100 ms
`mem` (s2ram)	DRAM은 self-refresh, CPU OFF	500 ms ~ 2 s
`disk` (hibernate)	DRAM 내용을 swap에 저장, 전원 OFF	5 ~ 30 s
`off`	완전 종료	reboot 수준

대부분의 임베디드는 mem(suspend-to-RAM) 까지만 지원합니다.

1
# suspend 진입
2
echo mem > /sys/power/state
3

4
# wakeup 후 dmesg 확인
5
[  120.123456] PM: suspend entry (deep)
6
[  120.234567] Filesystems sync: 0.01 seconds
7
[  120.345678] Freezing user space processes ... (elapsed 0.001 seconds) done.
8
[  120.456789] Suspending console(s) (use no_console_suspend to debug)
9
[  121.123456] PM: suspend exit

#wakeup source

suspend 상태에서 어떤 이벤트가 깨우는지 명시해야 합니다.

1
# wakeup 가능한 디바이스 목록
2
$ cat /sys/kernel/debug/wakeup_sources
3
name              active_count  event_count  wakeup_count ...
4

5
# 특정 디바이스 wakeup 활성/비활성
6
$ cat /sys/devices/.../power/wakeup
7
disabled
8
$ echo enabled > /sys/devices/.../power/wakeup

DT에서 명시적 wakeup 선언:

1
&gpio_keys {
2
    pwr-button {
3
        label = "Power button";
4
        gpios = <&gpio0 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
5
        linux,code = <KEY_POWER>;
6
        wakeup-source;          /* 이 키 입력으로 wakeup */
7
    };
8
};
9

10
&uart1 {
11
    wakeup-source;              /* RX activity로 wakeup */
12
};

#suspend ops 구현 (드라이버 측)

1
static int mychip_suspend(struct device *dev)
2
{
3
    struct mychip_data *priv = dev_get_drvdata(dev);
4

5
    /* 인터럽트 비활성, 레지스터 저장 */
6
    disable_irq(priv->irq);
7
    priv->saved_ctrl = readl(priv->base + CTRL_REG);
8
    clk_disable_unprepare(priv->clk);
9
    return 0;
10
}
11

12
static int mychip_resume(struct device *dev)
13
{
14
    struct mychip_data *priv = dev_get_drvdata(dev);
15

16
    clk_prepare_enable(priv->clk);
17
    writel(priv->saved_ctrl, priv->base + CTRL_REG);
18
    enable_irq(priv->irq);
19
    return 0;
20
}
21

22
static const struct dev_pm_ops mychip_pm_ops = {
23
    SET_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(mychip_suspend, mychip_resume)
24
};
25

26
static struct platform_driver mychip_driver = {
27
    .driver = {
28
        .name = "mychip",
29
        .of_match_table = mychip_of_match,
30
        .pm = &mychip_pm_ops,
31
    },
32
    /* ... */
33
};

SET_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS는 mem suspend/resume용입니다. runtime PM은 별도의 매크로입니다.

#Runtime PM — 디바이스별 dynamic suspend

디바이스를 사용하지 않을 때 자동으로 클럭/전원을 끕니다. 사용자가 명시하지 않아도 됩니다.

1
/* 디바이스 사용 직전 */
2
pm_runtime_get_sync(dev);    /* resume까지 동기 대기 */
3
/* 또는 */
4
pm_runtime_get(dev);         /* 비동기 */
5

6
/* I/O 수행 */
7
readl(base + DATA_REG);
8

9
/* 사용 끝 */
10
pm_runtime_put(dev);         /* idle 카운트 감소 */
11
/* 또는 */
12
pm_runtime_put_autosuspend(dev);  /* delay 후 suspend */

runtime PM 활성:

1
static int mychip_probe(struct platform_device *pdev)
2
{
3
    /* ... */
4
    pm_runtime_set_autosuspend_delay(&pdev->dev, 100);   /* 100 ms idle 후 suspend */
5
    pm_runtime_use_autosuspend(&pdev->dev);
6
    pm_runtime_enable(&pdev->dev);
7
    return 0;
8
}
9

10
static const struct dev_pm_ops mychip_pm_ops = {
11
    SET_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(mychip_suspend, mychip_resume)
12
    SET_RUNTIME_PM_OPS(mychip_runtime_suspend,
13
                        mychip_runtime_resume, NULL)
14
};

확인:

1
$ cat /sys/devices/.../power/runtime_status
2
active   # 또는 suspended
3
$ cat /sys/devices/.../power/runtime_active_time
4
1234567
5
$ cat /sys/devices/.../power/runtime_suspended_time
6
8765432

active/suspended 시간 비율로 절전 효과를 측정합니다.

#cpuidle — CPU 짧은 휴식

CPU가 idle 상태에 진입하면 다양한 깊이의 C-state를 선택할 수 있습니다.

1
C0  active
2
C1  WFI (wait for interrupt) — 빠른 진입/탈출, 클럭 gating
3
C2  power gating — 더 깊지만 wakeup latency 증가
4
C3+ 도메인 전체 OFF — 가장 큰 절전, 가장 긴 wakeup

ARM Cortex-A 시리즈에서는 PSCI의 CPU_SUSPEND SMC가 깊은 C-state 진입을 처리합니다.

1
$ ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/
2
state0  state1  state2
3

4
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state1/name
5
WFI
6
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state1/latency
7
1
8
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state1/residency
9
1
10
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state1/usage
11
123456
12

13
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state2/name
14
deep-idle
15
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state2/latency
16
2000
17
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state2/residency
18
5000

DT의 idle-states:

1
cpus {
2
    idle-states {
3
        cpu_sleep: cpu-sleep {
4
            compatible = "arm,idle-state";
5
            arm,psci-suspend-param = <0x00010000>;
6
            entry-latency-us = <1000>;
7
            exit-latency-us = <1000>;
8
            min-residency-us = <5000>;
9
        };
10
    };
11

12
    cpu@0 {
13
        /* ... */
14
        cpu-idle-states = <&cpu_sleep>;
15
    };
16
};

governor는 보통 menu(idle 시간 예측 기반) 또는 teo(timer event 기반).

1
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpuidle/current_governor
2
menu

#cpufreq — DVFS (Dynamic Voltage/Frequency Scaling)

CPU 부하에 따라 frequency·voltage를 조정합니다. 전력 절감의 가장 큰 축입니다.

1
$ ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/
2
scaling_governor  scaling_available_frequencies  scaling_cur_freq  ...
3

4
$ cat scaling_available_governors
5
conservative ondemand userspace powersave performance schedutil
6

7
$ cat scaling_available_frequencies
8
1200000 1416000 1608000 1800000
9

10
$ cat scaling_cur_freq
11
1416000

governor 선택:

governor	동작
`performance`	항상 최고 주파수
`powersave`	항상 최저 주파수
`ondemand`	부하에 따라 빠른 ramp up/down (legacy)
`conservative`	천천히 ramp
`schedutil`	스케줄러 신호 기반 (최신 권장)
`userspace`	사용자가 직접 설정

설정:

1
echo schedutil > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
2
echo 1200000 > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_max_freq

#OPP table

DT에 주파수와 전압의 쌍을 미리 적습니다.

1
cpu0_opp_table: opp-table {
2
    compatible = "operating-points-v2";
3
    opp-shared;
4

5
    opp-1200000000 {
6
        opp-hz = /bits/ 64 <1200000000>;
7
        opp-microvolt = <850000>;
8
        clock-latency-ns = <150000>;
9
    };
10

11
    opp-1416000000 {
12
        opp-hz = /bits/ 64 <1416000000>;
13
        opp-microvolt = <900000>;
14
        clock-latency-ns = <150000>;
15
    };
16

17
    opp-1800000000 {
18
        opp-hz = /bits/ 64 <1800000000>;
19
        opp-microvolt = <1000000>;
20
        clock-latency-ns = <150000>;
21
        turbo-mode;
22
    };
23
};
24

25
&cpu0 {
26
    operating-points-v2 = <&cpu0_opp_table>;
27
    cpu-supply = <&buck1_reg>;
28
};

cpufreq가 frequency를 바꾸면 regulator가 voltage도 같이 바꿉니다. cpu-supply가 그 연결입니다.

#regulator framework

PMIC의 buck·LDO·switch를 모델링합니다.

1
&i2c2 {
2
    pmic@25 {
3
        compatible = "nxp,pca9450";
4
        reg = <0x25>;
5

6
        regulators {
7
            buck1_reg: BUCK1 {
8
                regulator-name = "VDD_SOC";
9
                regulator-min-microvolt = <600000>;
10
                regulator-max-microvolt = <2187500>;
11
                regulator-boot-on;
12
                regulator-always-on;
13
            };
14

15
            buck2_reg: BUCK2 {
16
                regulator-name = "VDD_ARM";
17
                regulator-min-microvolt = <600000>;
18
                regulator-max-microvolt = <2187500>;
19
                regulator-boot-on;
20
                regulator-always-on;
21
                regulator-ramp-delay = <3125>;
22
            };
23

24
            ldo3_reg: LDO3 {
25
                regulator-name = "VDD_3V3";
26
                regulator-min-microvolt = <3300000>;
27
                regulator-max-microvolt = <3300000>;
28
                regulator-boot-on;
29
            };
30
        };
31
    };
32
};

property	의미
`regulator-boot-on`	부팅 시 이미 켜져 있음
`regulator-always-on`	절대 OFF 안 함
`regulator-min/max-microvolt`	허용 범위
`regulator-ramp-delay`	전압 변경 시 ramp 속도

확인:

1
$ cat /sys/kernel/debug/regulator/regulator_summary
2
 regulator               use open bypass voltage current     min     max
3
--------------------------------------------------------------------------
4
 VDD_SOC                    1    1     0   850mV     0mV   600mV  2187mV
5
    cpu0                            850mV     0mV   600mV  2187mV
6
 VDD_3V3                    1    1     0  3300mV     0mV  3300mV  3300mV
7
    eeprom@50                      3300mV     0mV  3300mV  3300mV

#양산에서의 측정과 튜닝

PM 동작이 실제로 절감으로 이어지는지는 측정해야 합니다.

1
# 시스템 절전 통계
2
$ cat /sys/power/suspend_stats/success
3
123
4
$ cat /sys/power/suspend_stats/fail
5
2
6

7
# 어느 도메인이 켜져 있는지
8
$ cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary
9
$ cat /sys/kernel/debug/pm_genpd/pm_genpd_summary
10

11
# CPU idle 통계
12
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state2/usage
13
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state2/time

전류계로 보드 입력 전류를 측정하면서 다음을 비교합니다.

상태	기대 전류 (i.MX8M Mini, 5V)
부팅 직후 idle	250 mA
`mem` suspend	5~10 mA
전체 도메인 OFF	<1 mA

목표치 대비 차이가 크면 어떤 regulator가 켜져 있는지 다시 확인합니다.

#흔한 실수

regulator-always-on 남발: 부팅 시 켜진 채로 두면 PM이 무력화됩니다. 정말 항상 필요한 도메인에만 씁니다.
runtime PM 미사용: 디바이스 드라이버가 pm_runtime_*를 호출 안 하면 의존 regulator도 disable 안 됩니다.
wakeup source 미설정: suspend는 되는데 wakeup이 안 되어 reboot 필요.
OPP table 누락: cpufreq governor를 schedutil로 두어도 OPP가 없으면 한 단계 freq만 사용.
suspend ops에 sleep 호출: suspend callback은 atomic 컨텍스트의 영향을 받습니다. msleep은 OK지만 mutex 잡고 오래 기다리면 timeout.
clk_disable 누락: suspend에서 clock을 안 끄면 도메인 OFF가 안 됩니다.

#정리

Linux PM은 system sleep, runtime PM, cpuidle, cpufreq의 4개 축으로 구성됩니다.
system sleep의 mem은 임베디드에서 가장 흔한 절전 상태이며, wakeup source 명시가 필수입니다.
runtime PM은 디바이스를 사용 안 할 때 자동으로 끄며, pm_runtime_get/put으로 제어합니다.
cpuidle은 짧은 idle 동안 C-state로 진입하며, ARM은 PSCI의 CPU_SUSPEND로 처리합니다.
cpufreq는 부하에 따라 DVFS를 수행하며, OPP table이 frequency-voltage 쌍을 정의합니다.
regulator framework가 PMIC의 buck/LDO를 모델링하고 디바이스 노드가 *-supply로 의존성을 표현합니다.
절전 효과는 입력 전류 측정과 regulator_summary로 검증합니다.
regulator-always-on과 pm_runtime 미사용이 가장 흔한 PM 누수 원인입니다.

#다음 편 예고

Ch 14: Thermal과 watchdog에서는 thermal zone, trip point, cooling device, hardware watchdog 통합을 살펴봅니다.

#관련 항목

Ch 9: Multi-core SMP bring-up — cpuidle의 기반
Ch 12: 드라이버 추가 — regulator binding
Ch 14: Thermal과 watchdog
Embedded Performance Engineering — DVFS와 성능 트레이드오프
Modern Embedded Recipes — 양산 절전 측정