瑞萨RZ/G2L微处理器Linux内核中热管理框架介绍

RZ/G2L微处理器配备Cortex-A55（1.2 GHz）CPU、16位DDR3L/DDR4接口、带Arm Mali-G31的3D图形加速引擎以及视频编解码器（H.264）。此外，这款微处理器还配备有大量接口，如摄像头输入、显示输出、USB2.0和千兆以太网，因此特别适用于入门级工业人机界面（HMI）和具有视频功能的嵌入式设备等应用，具备较好的能耗比。

随着计算设备性能的不断提升，处理器、GPU、NPU的功耗和发热量显著增加，如何有效管理系统温度成为计算机系统设计中的重要课题。

如果没有适当的热管理，过高的温度会对系统稳定性、性能和寿命造成严重影响。如高温会导致电子元件的物理特性发生变化，例如电阻增大、信号延迟增加，甚至可能引发数据传输错误。当温度超过芯片的安全阈值时，可能会出现系统崩溃（crash）、死机（hang）、自动关机（shutdown）等问题。

为了避免过热，现代CPU和GPU内部通常会集成动态温度调节机制（Thermal Throttling），当温度接近上限时，系统会主动降低频率（降频）或减少运行核心数，以减少功耗和发热量。

在Linux内核中，Thermal Framework（热管理框架）提供了一套完整的温度管理机制，允许操作系统监测温度变化，并在必要时采取相应的散热措施。该框架主要通过CPU内置的温度传感器模块监控设备温度，并结合散热设备（如风扇、散热膜、导热胶等）和温控策略（如动态电压调节、核心关闭、降频或负载均衡）来优化系统散热。

RZ/G2L工作温度

本篇概要介绍下瑞萨RZ/G2L thermal软件策略。

硬件上依赖芯片内部的TSU（热传感器单元）。

规格如下

软件框架如下

一般产品开发者只需要配置对应策略的参数即可，如内核设备树，具体驱动原厂已经适配。

如下详细介绍设备树参数

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tsu: thermal@10059400{
compatible ="renesas,r9a07g044-tsu",
  "renesas,rzg2l-tsu";
reg = <00x1005940000x400>;
clocks = <&cpg CPG_MOD R9A07G044_TSU_PCLK>;
resets = <&cpg R9A07G044_TSU_PRESETN>;
power-domains = <&cpg>;
#thermal-sensor-cells =<1>;
};




thermal-zones {
emergency {
polling-delay = <1000>;      /* 每隔1000ms获取一次温度 */
on-temperature = <110000>; /* 超过110度，关闭 cpu1 */
off-temperature = <95000>;  /* 低于95度，恢复 cpu1 */
target_cpus =  <&cpu1>;    /* 是否关闭 cpu1 */
status ="disabled";      
};


cpu-thermal {
polling-delay-passive = <250>; /* 温度高于trip-point-0指定的值，每隔250ms获取一次温度 */
polling-delay = <1000>;   /* 温度低于trip-point-0指定的值，每隔1000ms获取一次温度 */
thermal-sensors = <&tsu 0>;  /* 通过tsu 通道0获取温度 */
sustainable-power = <717>; /* 温度等于trip-point-1指定的值时，系统分配给cooling device的能量 */


cooling-maps {
map0 {
trip = <&target>;    /* 表示在target trip下，该cooling device才起作用 */
cooling-device = <&cpu0 02>;  /* cpufreq 的频点从最高到最小频点排序，从0开始标注，0对应最高频率*/
contribution = <1024>;   /* 1024 整数倍，用于调整降频顺序和尺度 */
};
};


trips {
sensor_crit: sensor-crit {
temperature = <125000>; // 默认关机温度，具体动作由thermal_core.c 函数 handle_critical_trips决定。
hysteresis = <1000>;
type ="critical";
};


target: trip-point {
temperature = <100000>;  /* 100 度发生温控，对应 trip_point_1_temp 文件 */hysteresis = <1000>;      /* 滞后温度，当下降到(100 – 5000/1000) = 95 度时解除温控，对应 trip_point_1_hyst 文件 */type ="passive";         /* ”passive”，表示当温控发生后由governor控制policy */};};};}; cpus {#address-cells =<1>;#size-cells =<0>; cpu-map {cluster0 {core0 {cpu =<&cpu0>;};core1 {cpu =<&cpu1>;};};}; cpu0: cpu@0 {compatible ="arm,cortex-a55";reg =<0>;device_type ="cpu";#cooling-cells =<2>;next-level-cache =<&L3_CA55>;enable-method ="psci";clocks =<&cpg CPG_CORE R9A07G044_CLK_I>;operating-points-v2 =<&cluster0_opp>;}; cpu1: cpu@100 {compatible ="arm,cortex-a55";reg =<0x100>;device_type ="cpu";next-level-cache =<&L3_CA55>;enable-method ="psci";clocks =<&cpg CPG_CORE R9A07G044_CLK_I>;operating-points-v2 =<&cluster0_opp>;}; L3_CA55: cache-controller-0 {compatible ="cache";cache-unified;
cache-size = <0x40000>;
};
};




cpu 频率
cluster0_opp: opp-table-0{
compatible ="operating-points-v2";
opp-shared;


opp-150000000{
opp-hz = /bits/64<150000000>;
opp-microvolt = <1100000>;
clock-latency-ns = <300000>;
};
opp-300000000{
opp-hz = /bits/64<300000000>;
opp-microvolt = <1100000>;
clock-latency-ns = <300000>;
};
opp-600000000{
opp-hz = /bits/64<600000000>;
opp-microvolt = <1100000>;
clock-latency-ns = <300000>;
};
opp-1200000000{
opp-hz = /bits/64<1200000000>;
opp-microvolt = <1100000>;
clock-latency-ns = <300000>;
opp-suspend;
};
};

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测试信息节点：
当前温度：cat/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp      
工作频率：cat/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/cpuinfo_cur_freq
          cat/sys/devices/system/cpu/cpu1/cpufreq/cpuinfo_cur_freq
cpu是否在线：cat/sys/devices/system/cpu/cpu*/online

可以通过热风枪或温箱设备模拟环境加热，如上配置参数的控制过程。

总结如下

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cpu温度
超过100度，启动降频 1.2G ->0.6G -> 0.3G
超过110度，关闭cpu1，并降频至 0.15G
超过125度，关机;

Linux Thermal框架的核心价值在于平衡性能与温度，通过智能热管理提升系统稳定性、延长硬件寿命、优化功耗，并提供灵活的适配性，使其成为计算设备热管理的关键组件。

产品设计参考

rzg2l-thermal-management-guideline

https://www.renesas.cn/zh/document/apn/rzg2l-thermal-management-guideline?r=1467981

rzg2l-power-consumption-measurement

https://www.renesas.cn/zh/document/apn/power-consumption-measurement?r=1467981

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