Linux内核Regulator子系统解析：框架、流程与硬件对接

Regulator子系统介绍

1.1 什么是Regulator？

Regulator（稳压器）在嵌入式系统中扮演着关键角色，用于为SoC内部或外部模块提供稳定的电压或电流。

1.2 什么是regulator子系统？其核心作用是什么？

regulator子系统是Linux内核为板级或SoC中多路可控电源设计的统一电源管理框架。它的核心作用在于：

• 为每一路可控电源（如Buck、LDO、DCDC等）提供标准化的软件抽象。
• 实现多路电源的注册、统一管理和资源分配。
• 让所有用电模块（例如CPU、摄像头、WiFi模块）通过一套统一的API进行电源的获取、使能、调压和释放等操作。
• 实现软硬件解耦，极大地提高了驱动代码的可移植性与系统可靠性。

Regulator子系统框架

从整体架构来看，Regulator子系统主要由以下四个部分组成：

2.1 Machine（平台/板级描述）

在Regulator子系统中，Machine层负责对板级电源的硬件连接关系进行静态描述。

它的主要作用是明确：系统中有哪些regulator，它们之间如何级联，以及每一路电源在物理和安全层面上的约束条件。

在内核中，这些配置信息大多由设备树（Device Tree, DTS）提供，最终会被转换为 regulator_init_data 及相关数据结构。

1）Regulator的级联关系
在实际硬件电路中，regulator往往会构成一条电源链路：

• 前级regulator（supply regulator）：其输出作为其他regulator的输入。
• 后级regulator（consumer regulator）：其输入依赖于其他regulator。

这些依赖关系在Machine层被明确后，Regulator Core就可以自动处理上下游的enable/disable顺序、管理引用计数，并防止误关闭仍在被使用的电源。

2）Regulator的物理与策略约束
通过 struct regulation_constraints 结构体，Machine层对regulator的使用行为施加限制，主要包括：

• 输出电压或电流的最大值/最小值。
• 是否允许进行调压、限流、使能（enable）、禁用（disable）等操作。
• 输入电压约束（当输入来自其他regulator时）。
• 是否不允许关闭（always_on）。
• 是否在系统启动时即处于开启状态（boot_on）。

2.2 Regulator Driver

Regulator Driver指的是具体稳压器设备的驱动，它直接对接PMIC（电源管理集成电路）或稳压芯片，是整个子系统中唯一需要操作硬件寄存器的部分。

一个典型的regulator driver主要包含以下内容：

1）struct regulator_desc —— 静态描述
struct regulator_desc 用于描述一个regulator的静态属性，包括：

• regulator的名称。
• 其供给（supply）regulator的名称。
• 相关的中断号。
• 关键的操作函数集 struct regulator_ops。
• 使用regmap时对应的寄存器地址、位掩码（bitmask）等信息。

2）struct regulator_config —— 运行期配置
struct regulator_config 用于描述regulator在运行时的配置信息，其特点通常是作为局部变量，不会被长期保存。主要包含：

• struct regulator_init_data 指针（承载来自Machine层的信息）。
• 设备指针 struct device *。
• enable GPIO等与具体板级相关的配置。

3）Regulator注册流程
Regulator Driver通过以下接口向Regulator Core注册设备：

• regulator_register()
• devm_regulator_register()

注册时需要同时传入 struct regulator_desc *（静态描述）和 struct regulator_config *（运行配置）。Regulator Core会据此分配并初始化一个核心数据结构：struct regulator_dev。

2.3 Regulator Consumer

Regulator Consumer是电源的使用方，通常是各类设备驱动，如CPU、GPU或外设驱动。

Consumer侧通过 struct regulator 这一抽象来表示一个regulator设备，并通过统一的接口进行操作。常见的接口包括：

• regulator_get() / regulator_put()
• regulator_enable() / regulator_disable()
• regulator_set_voltage() / regulator_get_voltage()

Consumer完全无需关心底层硬件的具体实现，所有请求都会交由Regulator Core统一处理和转发，这种设计正是Linux内核框架解耦优势的体现。

2.4 Regulator Core

Regulator Core是整个子系统的核心枢纽，它负责：

• 协调Machine、Driver和Consumer三者的交互逻辑。
• 封装底层硬件的差异，提供统一的抽象层。
• 管理regulator的生命周期、引用计数和级联依赖关系。

同时，Regulator Core还会通过sysfs向用户空间暴露regulator的状态和控制接口，方便进行调试和系统管理。

Regulator子系统核心流程

4.1 初始化流程

子系统的初始化主要发生在Linux系统启动阶段：

1. Machine层解析DTS：解析设备树，生成与regulator相关的配置节点。
2. Regulator Driver加载：驱动加载时，调用 regulator_register()，向Core注册自己的 regulator_desc。
3. Regulator Core创建rdev：Core接收注册，创建 regulator_dev (rdev)，将其加入全局regulator列表，并建立对应的sysfs接口。
4. Consumer获取regulator：设备驱动（Consumer）调用 regulator_get() 按名称申请regulator，Core完成名称匹配并返回 struct regulator 句柄。

4.2 调压流程（set_voltage）

当一个Consumer需要调整电压时，其核心流程如下：

1. Consumer发起调用：例如，regulator_set_voltage(vdd, min, max);
2. Regulator Core处理：校验请求的电压范围是否在约束之内，检查电源依赖关系，并对该regulator进行加锁。
3. 调用Driver硬件操作：通过 ops->set_voltage() 回调函数，调用具体Driver的硬件设置函数。
4. 更新状态并完成：待硬件操作生效后，Core更新内部状态信息，最后释放锁，流程结束。