ACPI基础

什么是ACPI

高级配置和电源管理接口(Advanced Configuration and Power Management Interface)。

ACPI是一套协议标准，软硬件都需实现以配合使用。

ACPI的作用

ACPI提供了一整套的API供OS使用，使OS能够替代BIOS来进行电源管理，当然前提是软硬件都需要支持。

另外，实际上也不只是电源管理，还有很多的事情是ACPI可以做的，比如：

1  系统电源管理（System power management）

  ACPI定义了一套使计算机作为一个整体出入睡眠状态（G状态，S状态，G0/S0表示正常状态，数字越大表示睡得越深），通过设备唤醒计算机的机制。

2  设备电源管理（Device power management）

  ACPI表描述了计算机包含的设备以及它们的电源状态（D状态，D0表示正常状态，数字越大性能和耗能越小），使设备进入不同电源状态的控制方式。

3  处理器电源管理（Processor power management）

  OS在空闲状态时，OSPM通过ACPI使CPU进入不同的电源状态（C状态，C0是正常状态，数字越高表示越low-power）。

4  设备和处理器性能管理（Device and processor performance management）

  当系统处于活动状态时，OSPM通过ACPI可以将设备和CPU设置成不同的性能状态，以达到性能和功耗的平衡。

5  配置/即插即用（Configuration/Plug and Play）

  ACPI定义了一系列的设备信息，它们按照层级结构组织，通过这些信息OS可以知道设备的状态以及插拔情况。

6  系统事件（System Event）

  ACPI提供的一种事件机制用于处理温度变化，电源管理和设备插拔等事件。

7  电池管理（Battery management）

  电池管理从BIOS转到了支持ACPI的OS，OS可以通过管理电池的接口直接管理电池。

8  温度管理（Thermal management）

  因为OS控制了设备和CPU的电源和性能，所以也需要通过ACPI来管理温度，ACPI中可以方便的定义温度区域，温度指示器和冷却温度区域的方法。

9  嵌入式控制（Embedded Controller）

  ACPI定义了一套软硬件接口，可以使OS可以和计算机上的其他嵌入式控制器方便的交流。

10  SMBus控制器（SMBus Controller）

  ACPI定义了一套软硬件接口，可以使OS可以和计算机上的SMBus控制器方便的交流。

等等。

由于ACPI规范已经到了第六版，不同版本的支持不一样，需要根据实际的版本来确定支持的功能。

ACPI的实现

OS能够使用ACPI需要硬件、BIOS和设备驱动的支持。

下图是ACPI在处理器架构中的位置。

或者更复杂的结构：

上图红框部分就是ACPI需要实现的东西。

首先需要硬件的支持，并提供ACPI需要使用的寄存器。

接着需要一系列的表来规定划分模块和定义接口。

接着BIOS需要支持ACPI，实现并提供相应的回调。

ACPI定义的状态

ACPI中定义了大量的电源状态，且根据不同的角度又有不同的分类，且不同的分类之间又所有交叉，总的来说有这么几种状态：

G-States：这个是总的系统状态，Global System States。

有下面的几种：

C-States：C状态是在G0状态下的一种分类，它的主要方式是通过改变CPU的工作模式来降低功率。下面是几种分类：(C1E=C1+最低频率的P-State)

P-States：也称为EIST(Enhanced Intel Speed Step Technology)，或者dynamic frequency and voltage scaling，它主要通过控制CPU频率和电压来进行电源管理。它可以使能和去使能，而P-States的真正含义就是(频率，电压)这么一个表达式。

S-States：睡眠状态，主要是G1和G2状态下的分类。比较常见的有S3，即System to RAM，系统挂起到内存。

下面是几种状态的一个关系表：

几点说明：

1.G/C/S等状态，后接的数字越大，系统耗能越少。

2.不同系统支持的状态不一样，上图中的这些状态仅用于说明，具体支持状态还是需要查相关的手册。

ACPI表

为了让OSPM能够控制计算机上的设备的资源和热插拔，ACPI提供了一种描述这些设备的信息和控制方式的结构，成为ACPI Definition Blocks，它们按照一种层级结构组织，这种组织方式成为ACPI Namespace。

ACPI Definition Blocks包含DSDT（Differentiated System Description Table）和很多的二级表（SSDT，Secondary System Description Tables）。

ACPI的二级表有很多，并且还在不断增多。

ACPI表由BIOS创建，并存放在内存中，OS需要一个入口去获取到所有的表。

入口由BIOS放在某个固定的位置(对于Legacy BIOS和UEFI，OS获取的方式不同)，这个入口被称为RSDP，Root System Description Pointer。它是一个结构体，其结构如下：

typedef struct {  UINT64  Signature;  UINT8   Checksum;  UINT8   OemId[6];  UINT8   Revision;  UINT32  RsdtAddress;  UINT32  Length;  UINT64  XsdtAddress;  UINT8   ExtendedChecksum;  UINT8   Reserved[3];} EFI_ACPI_6_1_ROOT_SYSTEM_DESCRIPTION_POINTER;

其中提供了两个主要的物理地址，一个是RSDT表的，另一个是XSDT表的。

RSDT表全称Root System Description Table,它存放了许多的指针，指向其它的描述系统信息的表。RSDT的结构如下：

typedef struct { EFI_ACPI_DESCRIPTION_HEADER Header; UINT32                      Entry;} RSDT_TABLE;

它实际上是一个可变数组，后面可以接很多的表项。而该结构的前面部分又被定义为EFI_ACPI_DESCRIPTION_HEADER：

typedef struct {  UINT32  Signature;  UINT32  Length;  UINT8   Revision;  UINT8   Checksum;  UINT8   OemId[6];  UINT64  OemTableId;  UINT32  OemRevision;  UINT32  CreatorId;  UINT32  CreatorRevision;} EFI_ACPI_DESCRIPTION_HEADER;

XSDT表全称Extended Root System Description Table,它的作用于RSDT一样，区别在于两者包含的指针地址一个是32位的，一个是64位的。XSDT表结构如下：

typedef struct { EFI_ACPI_DESCRIPTION_HEADER Header; UINT64                      Entry;} XSDT_TABLE;

RSDT和XSDT在本质上没有区别，它们都是OS用来找到ACPI表的地图：

XSDT(RSDT)指向的第一张表都是FADT，Fixed ACPI Description Table。这个表里面包含了OS需要知道的所有ACPI硬件相关寄存器(ACPI Hardware Register Blocks,就是下图的GPx_BLK等)，还包含DSDT，Differentiated System Description Table，该表包含大量的硬件信息。

这些信息包含在称为Differentiated Definition Block的结构中，它使用一种特殊的语言AML(ACPI Machine Language)表示，而AML语言又通过ASL(ACPI Source Language)编译而成，OEM厂商通过自己写ASL来表示自己的硬件设备信息供OS使用。OS可以利用这些Definition Block来进行各种相关的操作(具体操作已经列在ACPI的作用那一节)。

ACPI定义了很多的表，这里不一一说明，下面是其中的一些：

• Root System Description Pointer (RSDP)
• System Description Table Header
• Root System Description Table (RSDT)
• Fixed ACPI Description Table (FADT)
• Firmware ACPI Control Structure (FACS)
• Differentiated System Description Table (DSDT)
• Secondary System Description Table (SSDT)
• Multiple APIC Description Table (MADT)
• Smart Battery Table (SBST)
• Extended System Description Table (XSDT)
• Embedded Controller Boot Resources Table (ECDT)
• System Locality Distance Information Table (SLIT)
• System Resource Affinity Table (SRAT)
• Corrected Platform Error Polling Table (CPEP)
• Maximum System Characteristics Table (MSCT)
• ACPI RAS Feature Table (RASF)
• Memory Power State Table (MPST)
• Platform Memory Topology Table (PMTT)
• Boot Graphics Resource Table (BGRT)
• Firmware Performance Data Table (FPDT)
• Generic Timer Description Table (GTDT)
• NVDIMM Firmware Interface Table (NFIT)

ACPI Spec的第五章ACPI Software Programming Model中对它们有介绍。

更详细的介绍在http://uefi.org/acpi网站中的LINKS TO ACPI-RELATED DOCUMENTS。

ASL

前面已经讲到了ASL语言用来编写用于表示Definition Block的AML。

所以需要了解ASL语言的基本用法，具体可以参考ACPI Spec的第十九章ACPI Source Language(ASL) Reference。 

也可以参考ACPI基础——ASL语言，这是我自己写的，因为自己也在学习中，难免有理解错误的地址，有错请指正。