Linux cpu_cooling热电冷却与频率限制cpufreq_cooling

Linux thermal框架的cpu_cooling子系统通过cpufreq_cooling实现基于
频率调整的CPU热冷却机制。核心结构体是cpufreq_cooling_device，它
将cpufreq频率调节能力抽象为thermal的冷却设备（cooling device）。

cpufreq_cooling注册入口是cpufreq_cooling_register()，接收cpufreq_policy
参数，返回struct thermal_cooling_device：

```c
struct thermal_cooling_device *
cpufreq_cooling_register(struct cpufreq_policy *policy)
{
struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev;
struct thermal_cooling_device *cdev;
int ret;

// 分配cpufreq冷却设备结构体
cpufreq_cdev = kzalloc(sizeof(*cpufreq_cdev), GFP_KERNEL);
if (!cpufreq_cdev)
return ERR_PTR(-ENOMEM);

// 获取CPU频率表并初始化OPP
cpufreq_cdev->policy = policy;
cpufreq_cdev->max_level = cpufreq_cdev->freq_table->size - 1;

// 注册为热冷却设备
cdev = thermal_cooling_device_register("cpufreq", cpufreq_cdev,
&cpufreq_cooling_ops);
if (IS_ERR(cdev)) {
kfree(cpufreq_cdev);
return cdev;
}

cpufreq_cdev->cdev = cdev;
return cdev;
}
```

cpufreq_cooling_ops定义了冷却设备的三个核心操作：

```c
static struct thermal_cooling_device_ops cpufreq_cooling_ops = {
.get_max_state = cpufreq_get_max_state, // 获取最大冷却级别
.get_cur_state = cpufreq_get_cur_state, // 获取当前冷却级别
.set_cur_state = cpufreq_set_cur_state, // 设置冷却级别
};
```

set_cur_state是频率限制的关键函数，它根据传入的冷却级别（cooling state）
映射到对应的CPU频率上限：

```c
static int cpufreq_set_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
unsigned long state)
{
struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
struct cpufreq_policy *policy = cpufreq_cdev->policy;
unsigned int clip_freq;

// 状态0表示无冷却限制，使用最高频率
// 状态值越大，冷却越强，频率越低
if (state == 0) {
clip_freq = policy->cpuinfo.max_freq;
} else {
// 根据冷却级别查表得到限制频率
// state=1限制到次高频率，state=max_level限制到最低频率
int index = cpufreq_cdev->max_level - state;
clip_freq = cpufreq_cdev->freq_table[index].frequency;
}

// 通过cpufreq设置新的频率上限
// 防止CPU频率超过clip_freq
cpufreq_verify_within_limits(policy,
policy->cpuinfo.min_freq, clip_freq);

// 触发频率调节
cpufreq_update_policy(policy->cpu);

// 更新当前状态计数器
cpufreq_cdev->cpufreq_state = state;

return 0;
}
```

冷却级别与CPU频率的映射关系由频率表定义。每个冷却级别对应一个
最大允许频率，级别0无限制，最高级别将CPU锁定在最低频率：

```c
static int cpufreq_get_max_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
unsigned long *state)
{
struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
// 最大状态数 = 可用频率级别数 - 1
*state = cpufreq_cdev->max_level;
return 0;
}

static int cpufreq_get_cur_state(struct thermal_cooling_device *cdev,
unsigned long *state)
{
struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
// 返回当前冷却级别
*state = cpufreq_cdev->cpufreq_state;
return 0;
}
```

cpufreq_cooling还提供了power-aware接口，通过cpufreq_power2state()
将功耗需求转换为对应的冷却级别。power_allocator governor使用该接口
实现PID控制器驱动的精确功率控制：

```c
int cpufreq_power2state(struct thermal_cooling_device *cdev,
struct em_perf_state *table,
u32 power, unsigned long *state)
{
struct cpufreq_cooling_device *cpufreq_cdev = cdev->devdata;
int i;
u32 freq, power_at_freq;

// 从功耗模型中查找对应给定功率的最高频率
for (i = cpufreq_cdev->max_level; i >= 0; i--) {
freq = cpufreq_cdev->freq_table[i].frequency;
power_at_freq = table[i].power;
if (power_at_freq <= power)
break;
}

// 转换为冷却状态
*state = cpufreq_cdev->max_level - i;
return 0;
}
```

cpufreq_cooling与thermal governor的联动：当thermal_zone温度超过
passive trip点时，governor调用set_cur_state逐步降低频率；温度回落
后逐步升高频率。频率的实际调节由cpufreq驱动完成，cpufreq_cooling只
设置上限，实际频率由cpufreq governor（如schedutil）在限制范围内选择。

cpufreq_cooling_unregister()在模块卸载时调用，清理频率表和冷却设备。
在ARM平台上，cpu_cooling通常与cpufreq驱动（如cpufreq-dt）配合使用，
通过设备树的thermal-zones节点配置频率冷却映射关系。