[ACPI高级配置与电源接口] -ACPI基础

[ACPI高级配置与电源接口] -ACPI基础

什么是ACPI

Advanced Configuration and Power Interface

由1997年，英特尔、微软、东芝公司共同提出、制定操作系统应用程序管理电源管理接口，是一种工业标准，包括了软件和硬件方面的规范。ACPI规范是为了建立工业通用接口，以支持面向操作系统的主板设备配置和电源管理。ACPI是面向操作系统的配置和电源管理(OSPM)中的关键元素。

ACPI的功能

• 系统电源管理
  ACPI定义了控制计算机出入全局状态(G-state)/睡眠状态(S-state)等的机器。
• 设备电源管理
  定义主板设备的电源状态(D-state)
• 处理器电源管理
  OS在空闲状态时，OSPM通过ACPI使CPU进入不同的电源状态（C-state）
• 设备和处理器性能管理
  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(P-sate)。
• 配置/即插即用
  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。
• 系统事件
  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。
• 电池管理
  对OS管理电池提供支持。
• 温度管理
  为OS提供控制系统降温策略的控制接口。
• 嵌入式控制管理
  定义了一套软硬件接口，可以使OS可以和计算机上其他嵌入式控制器交流。
• SMBus控制管理
  定义了一套软硬件接口，可以使OS可以和计算机上的SMBus控制器及其连接的设备交流。

ACPI框架

下图给出了OSPM/ACPI相关的硬件与软件组件及它们之间的联系。

ACPI有三个运行时组件：

1. ACPI 寄存器(ACPI Registers)
   由ACPI Tables描述的硬件接口
2. ACPI 固件(ACPI BIOS)
   与ACPI规范兼容的系统固件，ACPI Tables由其提供。
3. ACPI 表(ACPI Tables)
   定义了系统的硬件接口。ACPI表包含定义块(Definition Blocks),这些定义块使用伪代码类型的语言-AML(ACPI Machine Language),OSPM包含解释器对这部分代码进行解释并保存在操作系统的ACPI表中。

如何找到ACPI表？

ACPI表是在系统启动阶段由BIOS/UEFI收集系统各方面信息并创建的，它大致以树形的组织形式（如下图所示）存在系统物理内存中。

整个ACPI表以RSDP（Root System Descriptor Pointer Table）为入口点，每个非叶子节点都会包含指向其他子表的指针，各个表都会有一个表头，在该表头中包含了相应的Signature，用于标识该表，查找ACPI表的关键就是在内存中定位到RSDP表。

• 对于UEFI系统：RSDP的位置信息存在于UEFI System Table中，UEFI Spec中给ACPI1.0与2.0及之后的规范规定了两个GUID；Bootloader需要从UEFI System Table中提取RSDP位置信息并提供给OSPM
• 对于Legacy系统：OSPM通过扫描内存寻找RSDP的Signature来找到RSDP,可能存在于如下位置：

1. 位于EDBA(Extended BIOS Data Area)的前1kb范围内
2. 0E0000h到0FFFFFh的BIOS只读内存地址范围内

ACPI表的结构

RSDP表结构如下表

当OSPM找到RSDP，下一步OSPM需定位RSDT或XSDT表来获取其他ACPI Tables的物理地址信息。如上图，RSDP中包含RsdtAddress/XsdtAddress,即RSDT(Root System Description Table)/XSDT( Extended System Description Table)的地址。它们包含指向其他Tables的物理地址信息。OSPM通过找到这些Table来获取系统的基本信息。

如下图所示，通常XSDT包含的第一个Entry保存着FADT表(Fixed ACPI Description Table)的物理地址，FADT表的Signature为FACP。

FADP表中包含如下内容：

1. DSDT - Differentiated System Description Table
   包含定义块(Definition Blocks)。定义块中包含着硬件平台的配置和实现信息，这些信息存储在以分层树状结构保存的数据对象(Data Object)中，形成ACPI命名空间(ACPI namespace)。
   DSDT中的定义块主要包含OPSM用于电源管理、温度管理、热插拔功能的配置和实现信息。
2. ACPI Hardware Register Block

OS需要用这些配置信息来直接管理ACPI硬件寄存器块.

3. FACS - Firmware ACPI Control Structure

包含上次启动的hardware signature， waking vector与Global Lock。

其他ACPI表的地址也保存在XSDT表格中的Entry中。

相关Spec:
https://www.acpica.org/documentation
https://uefi.org/acpi