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驱动开发硬核特训 │ Regulator 子系统全解

news 来源：原创 2025/5/25 18:17:45

一、Regulator子系统概述

在 Linux 内核中，Regulator 子系统是专门用于管理电源开关、电压调整、电流控制的一套完整框架。

它主要解决以下问题：

  • 设备需要的电压通常不一样，如何动态调整？
  • 有些设备休眠时需要关闭供电，如何优雅关闭？
  • 开机、关机过程中如何统一管理电源状态？

所以：

Regulator 子系统就是在操作系统级别，统一管理设备电源的控制系统。

二、架构总览

Regulator 子系统可以划分为三层：

层次功能说明
用户接口层提供 API 给驱动使用regulator_get，regulator_enable 等
Core 管理层通用管理逻辑电压、电流调整，状态记录
硬件驱动层具体硬件操作PMIC、LDO、BUCK 等硬件控制

三、基础概念

什么是 LDO？

  • 全称：Low Dropout Regulator（低压差线性稳压器）
  • 特点：输入电压与输出电压很接近，效率中等。
  • 应用：为噪声敏感器件供电，比如模拟电路、音频设备。

什么是 BUCK？

  • 全称：Buck Converter（降压开关稳压器）
  • 特点：输入电压高，输出电压低；效率高（通常 > 90%）。
  • 应用：为CPU、GPU、大电流设备供电。

总结：

类型特点应用场景
LDO简单、低噪声、低压差模拟电路、摄像头
BUCK高效率、大电流CPU、GPU、DDR

四、设备树中如何描述 Regulator

在这里插入图片描述

设备树基本结构示例

reg_pcie0: regulator-pcie {compatible = "regulator-fixed";regulator-name = "MPCIE_3V3";regulator-min-microvolt = <3300000>;regulator-max-microvolt = <3300000>;gpio = <&gpio2 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;enable-active-high;regulator-always-on;
};

字段说明：

属性含义
compatible类型（如固定电压 regulator）
regulator-name名称
regulator-min-microvolt / max-microvolt输出电压范围
gpio控制供电开关的 GPIO
enable-active-high高电平有效
regulator-always-on系统上电后始终开启

五、设备如何使用 Regulator

以 PCIe 控制器为例：

&pcie {vpcie-supply = <&reg_pcie0>;status = "okay";
};
  • vpcie-supply 指向一个 Regulator 节点
  • 驱动中调用 regulator_get() 自动获得供电控制
  • 调用 regulator_enable() 实际使能电源

六、Regulator 核心 API 讲解

函数作用
regulator_get(dev, id)获取 regulator 句柄
regulator_enable(regulator)使能供电
regulator_disable(regulator)禁用供电
regulator_set_voltage(regulator, min_uV, max_uV)设置电压
regulator_put(regulator)释放 regulator

示例代码：

struct regulator *vpcie;vpcie = regulator_get(dev, "vpcie");
if (IS_ERR(vpcie))return PTR_ERR(vpcie);regulator_enable(vpcie);/* 使用完毕后关闭 */
regulator_disable(vpcie);
regulator_put(vpcie);

七、核心结构体分析

struct regulator_desc

描述一个 regulator：

struct regulator_desc {const char *name;const char *supply_name;int id;struct regulator_ops *ops;const struct regulator_init_data *init_data;
};

说明：

  • name：名字
  • supply_name：上游供电来源（可选）
  • ops：具体实现函数，比如 enable，disable
  • init_data：初始化时的默认配置

八、pca9450 PMIC中的 Regulator 实际例子

static const struct regulator_desc pca9450_descs[] = {{.name = "pca9450-buck1",.id = PCA9450_BUCK1,.of_match = of_match_ptr("buck1"),.regulators_node = of_match_ptr("regulators"),...},...
};

设备树描述：

pmic@25 {regulators {buck1: BUCK1 {regulator-name = "BUCK1";regulator-min-microvolt = <600000>;regulator-max-microvolt = <2187500>;};};
};

对应关系：

  • pca9450-buck1 → BUCK1
  • Linux自动绑定，根据 of_match_ptr 来识别。

九、LDO 和 BUCK 在驱动中的差异

特性LDOBUCK
工作原理线性压降开关电源降压
效率中等高效（>90%）
噪声低相对高
电流能力小大
控制接口通过简单寄存器开关更复杂，需要设置模式

通常：

  • 音频、传感器使用 LDO
  • CPU、GPU 使用 BUCK

十、在实际驱动 probe 中应用

例如 PCIe 控制器 probe：

static int pcie_probe(struct platform_device *pdev)
{struct regulator *vpcie;vpcie = devm_regulator_get(&pdev->dev, "vpcie");if (IS_ERR(vpcie))return PTR_ERR(vpcie);regulator_enable(vpcie);/* 继续初始化其他部分 */return 0;
}

特点：

  • devm_regulator_get：自动跟随设备生命周期，无需手动释放
  • regulator_enable：启用电源

十一、总结：Regulator 子系统的重要性

层次作用
硬件提供真实电源（LDO/BUCK/PMIC）
Regulator 驱动层将硬件能力抽象成标准接口
Regulator Core通用电源管理，提供一致性
设备驱动简单调用，无需关心细节

正因为有了 Regulator 框架，Linux 设备驱动可以做到：

  • 开机动态供电
  • 按需调整电压
  • 休眠省电自动关电
  • 简化代码，提高移植性

十二、常见问题答疑

1. Regulator 和 Power Domain 是什么关系？

  • Power Domain：逻辑域，策略控制（比如整个 GPU 电源域）
  • Regulator：物理供电开关（实际高低电压操作）

两者配合使用：

  • power-domain 负责组织谁需要上电；
  • regulator 负责真正把电压拉起来。

十三、附：Regulator 调试技巧

  1. 内核启动打印 regulator 状态：
dmesg | grep regulator
  1. 动态调节某个 regulator 电压（需要接口支持）：
regulator_set_voltage(vreg, 1800000, 1800000);
  1. 查看设备树中 regulator 节点是否正确绑定。

📌 结语

理解 Regulator 子系统是迈向电源管理高手的第一步。掌握好它，未来在调试 PMIC、电源设计、功耗优化时，都能得心应手。

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