智能手机无音频场景使用时Audio DSP低功耗的处理

智能手机（或智能手表）等用电池的电子设备对功耗比较敏感，因此不管是使用中还是待机时都要做低功耗处理来省电。前面的文章（智能手表音乐播放功耗的优化）讲了一款智能手表在播放音乐时的低功耗优化，这属于音频场景使用中的低功耗处理，智能手机上的处理也类似。本文讲讲没有音频场景使用时Audio DSP(下文简称ADSP)的低功耗处理。

没有音频场景使用时，ADSP的低功耗处理我处理过两种，一种是音频子系统（包含ADSP、SRAM等）没有PMU（power management unit,电源管理单元）的，另一种则是有PMU的。没有PMU单元的处理比较简单，就是没有音频场景使用时AP把ADSP下电，这样ADSP没任何功耗，但是当有音频场景使用时，AP首先去boot  ADSP（boot过程见文章 Audio DSP boot 过程），然后开始具体的音频场景。Boot需要一定的时间，比如十几毫秒。对于有PMU单元的音频子系统，则要通过PMU做低功耗处理。即ADSP在没有音频场景使用时进入低功耗模式(Low Power Mode, LPM)，有音频场景在使用时，ADSP被唤醒，开始具体的音频场景。下面具体讲。

ADSP被boot起来后，如果没有音频场景在使用中，就会进入idle状态。虽然在idle状态，但是也会耗电的，有一定的底电流。对于有PMU的音频子系统，就会通过PMU来做无音频场景使用时的低功耗处理，让功耗降到最小。低功耗处理是硬件和软件相结合的来做。硬件相关的由ASIC做好了，软件是要做好PMU相关的寄存器配置以及相关的逻辑。

先看要做低功耗处理PMU有哪些寄存器要配置。首先是低功耗模式。低功耗有三个模式，分别是CLOCK_GATING , PLL_OFF , PWR_OFF 。 CLOCK_GATING是关clock, PLL_OFF是关PLL，PWR_OFF是ADSP下电，这三种模式是功耗依次变小。通常情况下，既然做低功耗了，肯定要把功耗做到最低，即PWR_OFF模式。其次是memory配置模式。memory的配置有两种，分别是SHUTDOWN和RETENTION。SHUTDOWN是彻底下电，memory里的内容没了。RETENTION是带电保持，memory里的内容还在。在低功耗模式配成PWR_OFF的情况下，如果memory配成SHUTDOWN，让ADSP再起来就跟boot过程完全一样了。所以memory要配成RETENTION，在ADSP进入低功耗模式后让memory里的内容还在，当ADSP被唤醒后可以快速的进入工作模式。需要配置RETENTION的memory包括audio SRAM, ITCM, DTCM等。最后是唤醒源的配置。ADSP进入低功耗模式后要能被唤醒，即从低功耗模式出来开始工作。唤醒源就是那些能唤醒ADSP的中断，通常配置的唤醒源有其他核的IPC（比如AP的IPC）、内置的timer等，ADSP收到这些中断后就会被唤醒，先走唤醒流程，然后开始工作。

再看相关逻辑的处理，主要包括两方面，一是判断是否要进低功耗模式，二是从低功耗模式出来的唤醒流程。ADSP不仅在没有音频场景使用时处于idle状态，在有音频场景使用时也是频繁的在active和idle状态间切换，而且大部分时间处于idle状态。以codec播放音乐为例，是靠Audio DMA（ADMA）中断来驱动音乐播放的。ADMA中断通常１０毫秒一次，来一次ADMA中断就会让ADSP从idle状态变成工作状态。ADSP工作一两毫秒后，任务完成，又回到Idle状态，所以说ADSP在音频场景使用时大部分时间处于idle状态。在ADSP处于idle状态时要判断是否进低功耗模式，在有音频场景使用时不进，没有则要进。具体软件实现时采用投票机制。每种音频场景都有一票，当所有音频场景都投票可进低功耗模式时才进低功耗模式，否则不进。

唤醒流程是指ADSP被唤醒后的软件处理流程。前面的文章（Audio DSP boot 过程）说过ADSP被boot时有入口地址，同样被唤醒时也有入口地址（这个入口地址是ADSP被boot起来后由ADSP去配的），也是在ctr0.c里，如下图：

上图意思是ADSP把被唤醒的入口地址配成了0x80，ADSP被唤醒后就从0x80处开始运行，进入唤醒处理流程。唤醒处理主要有哪些内容呢？上文说过，低功耗模式时memory配的是RETENTION模式，进入低功耗模式后memory里的内容还在，即软件还在，要处理的就是跟硬件相关的。主要是因为ADSP进入低功耗模式后，ADSP下电了，跟硬件相关的配置都没了，需要重新配置一下。硬件的配置主要包括cache的配置，中断控制器的配置等。还有就是在ADSP进入低功耗模式前要记下有哪些中断没有被mask。ADSP被唤醒后，这些中断也要被配成unmask，保持与ADSP进入低功耗模式前的一致。这些说白了就是硬件的配置要还原成ADSP进入低功耗模式前的样子。ADSP收到的唤醒源中断把ADSP唤醒后，中断还pending在那，没被处理。当软件把中断使能后，立刻进入中断服务程序处理，并进而进入后续的处理流程。

下面就以手机先开机然后播放音乐为例看看整个过程，示意如下图：

1，  手机开机，ADSP被AP boot起来，做软硬件的初始化等。由于没有音频场景，ADSP先进idle，再进低功耗模式（LPM）

2，  要播放音乐，AP给ADSP发IPC，把ADSP唤醒，走音乐播放流程。在音乐播放过程中，每个loop内ADSP大部分时间处于idle状态，但是由于有音频场景在，不会进入LPM

3，  音乐播放结束，没有音频场景了，ADSP就从idle进入了LP模式。如果后续又有新的音频场景开始，ADSP又会给唤醒，开始新的音频场景。

过程清楚了后再看怎么调试。我把调试分成了两个阶段，第一阶段是ADSP刚被boot起来后没有音频场景的单步调试，第二阶段是带音频场景的联合调试。第一阶段主要分3步：

1，  ADSP被boot起来后，由于无活可干，会进idle，再通过配置寄存器让ADSP进入低功耗模式。通过读相关寄存器看ADSP是否能进低功耗模式。如没进，则要去调查原因，最终要进入低功耗模式。

2，  在ADSP进入低功耗模式后，AP给ADSP发一个IPC，看ADSP是否会被唤醒以及是否会进唤醒流程。同样如果ADSP没被唤醒或者没进唤醒流程，需要去调查，最终要能被唤醒以及进唤醒流程

3，  在唤醒流程中做上文说的一些处理，最后进IPC的中断服务程序。又无活可干，再进idle，再进低功耗模式。

上面这３步就把ADSP能进低功耗模式以及能被唤醒以及唤醒流程处理调好了。然后就是带音频场景的联合调试，期望结果是有音频场景时ADSP被唤醒，音频场景结束后ADSP又进低功耗模式。把每个音频场景都要调试一下后整个调试就算完成了。无音频场景的低功耗处理看上去没什么，但是从理解过程到完成调试是需要花一些时间的，因为它牵涉到硬件以及最底层软件的处理。