Троттлинг (throttling) - защита процессора от перегрева

Общая информация #

Троттлинг (thermal throttling) — это механизм защиты процессора от перегрева. При достижении заданной температуры система автоматически снижает частоту CPU, уменьшая тепловыделение и предотвращая повреждение устройства.

На платах Repka Pi троттлинг основан на показаниях встроенного термодатчика самого SoC, а не внешних датчиков на плате.

Источник температуры #

Температура CPU считывается через контроллер термодатчиков (THS, thermal sensor), встроенный в процессор:

В Repka Pi 4 (SoC H6) используется датчик: &ths 0 (канал 0 встроенного THS). Ниже представлено его описание по пути u-boot-2020-04-rc3/arch/arm/dts/sun50i-h6.dtsi :

ths: thermal-sensor@5070400 {
	compatible = "allwinner,sun50i-h6-ths";
	reg = <0x05070400 0x100>;
	interrupts = <GIC_SPI 15 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
	clocks = <&ccu CLK_BUS_THS>;
	clock-names = "bus";
	resets = <&ccu RST_BUS_THS>;
	nvmem-cells = <&ths_calibration>;
	nvmem-cell-names = "calibration";
	#thermal-sensor-cells = <1>;
};

В Repka Pi 3 (SoC H5) используется датчик: &ths 0 (канал 0 встроенного THS). Ниже представлено его описание по пути u-boot-2022-04/arch/arm/dts/sun50i-h5.dtsi :

ths: thermal-sensor@1c25000 {
	compatible = "allwinner,sun8i-h3-ths";
	reg = <0x01c25000 0x400>;
	interrupts = <GIC_SPI 31 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
	resets = <&ccu RST_BUS_THS>;
	clocks = <&ccu CLK_BUS_THS>, <&ccu CLK_THS>;
	clock-names = "bus", "mod";
	nvmem-cells = <&ths_calibration>;
	nvmem-cell-names = "calibration";
	#thermal-sensor-cells = <1>;
};

Таким образом, троттлинг ориентируется именно на температуру кристалла процессора.

Как работает троттлинг #

При достижении температурных порогов (trip points), заданных в системе:

активируется механизм охлаждения через cooling-device (обычно CPU);
снижается частота процессора;
уменьшается энергопотребление и тепловыделение.

Если температура продолжает расти, возможно аварийное отключение системы.

Особенности настройки на Repka Pi #

Repka Pi 5 #

Для Repka Pi 5 параметры термоконтроля задаются в базовом описании SoC. Основные thermal trip points и таблицы частот находятся в файле repka-os_linux-rockchip/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3588s.dtsi, который подтягивается через описание платы repka-os_linux-rockchip/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3588-repka-pi5.dts.

В Repka OS для Repka Pi 5 используется единый алгоритм термоконтроля: при температуре ниже 50°C вентилятор выключен; при 50°C, 55°C, 60°C, 65°C и 70°C вентилятор последовательно переключается на уровни 1, 2, 3, 4 и 5. При 75°C thermal zone переходит в режим passive, при 85°C начинается активный thermal throttling, в ходе которого Linux поэтапно снижает частоты процессорных кластеров и GPU по таблицам OPP. Для cluster0 используются ступени до 1.8 ГГц, для cluster1 и cluster2 до 2.4 ГГц. При достижении 115°C срабатывает критический порог и выполняется аварийное отключение системы.

Температура	Вентилятор	Cortex Quad-Core A55 (cluster0)	Cortex A76 Dual (cluster 1)	Cortex A76 Dual (cluster 2)
`< 50°C`	`выкл`	`1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`50–55°C`	`уровень 1`	`1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`55–60°C`	`уровень 2`	`1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`60–65°C`	`уровень 3`	`1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`65–70°C`	`уровень 4`	`1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`70–75°C`	`уровень 5`	`1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`75–85°C`	`уровень 5`	`до 1800 МГц`	`до 2400 МГц*`	`до 2400 МГц*`
`> 85°C`	`уровень 5`	`1608 МГц`	`2208–2352 МГц*`	`2208–2352 МГц*`
`> 87°C`	`уровень 5`	`1416 МГц`	`2016–2208 МГц`	`2016–2208 МГц`
`> 89°C`	`уровень 5`	`1200 МГц`	`1800–2016 МГц`	`1800–2016 МГц`
`> 91°C`	`уровень 5`	`1008 МГц`	`1608–1800 МГц`	`1608–1800 МГц`
`> 93°C`	`уровень 5`	`816 МГц`	`1416–1608 МГц`	`1416–1608 МГц`
`> 95°C`	`уровень 5`	`600 МГц`	`1200–1416 МГц`	`1200–1416 МГц`
`> 100°C`	`уровень 5`	`408 МГц`	`816–1200 МГц`	`816–1200 МГц`
`> 105°C`	`уровень 5`	`408 МГц`	`600–816 МГц`	`600–816 МГц`
`> 110°C`	`уровень 5`	`408 МГц`	`408–600 МГц`	`408–600 МГц`
`>= 115°C`	`уровень 5`	`shutdown`	`shutdown`	`shutdown`

Repka Pi 4 #

Для Repka Pi 4 параметры термоконтроля задаются в базовом описании SoC (dtsi). Само описание можно найти по пути u-boot-2020-04-rc3/arch/arm/dts/sun50i-h6.dtsi в репозитории u-boot-2020-04-rc3.

В Repka OS предустановлен единый алгоритм троттлинга:

Версия платы	Алгоритм работы троттлинга
Для всех версий плат	<70 С° — 1968 МГц, >70 С° — 1896 МГц, >74 С° — 1800 МГц, >76 С° — 1704 МГц, >78 С° — 1608 МГц, >80 С° — 1488 МГц, >82 С° — 1320 МГц, >84 С° — 1080 МГц, >86 С° — 888 МГц, >88 С° — 720 МГц, >90 С° — 480 МГц, >97 С° — Power Off

Версия платы

Алгоритм работы троттлинга

Для всех версий плат

<70 С° — 1968 МГц,

>70 С° — 1896 МГц,

>74 С° — 1800 МГц,

>76 С° — 1704 МГц,

>78 С° — 1608 МГц,

>80 С° — 1488 МГц,

>82 С° — 1320 МГц,

>84 С° — 1080 МГц,

>86 С° — 888 МГц,

>88 С° — 720 МГц,

>90 С° — 480 МГц,

>97 С° — Power Off

Repka Pi 3 #

Для Repka Pi 3 профиль троттлинга формируется не одним оверлеем, а комбинацией базового дерева устройств sun50i-h5-repka-pi3-1ghz.dts, оверлеев с частотами из u-boot-2022-04/arch/arm/dts/overlays/freq/ и оверлеев с температурными порогами из u-boot-2022-04/arch/arm/dts/overlays/throttling/ (например, profile-ver1.3 или profile-ver1.4-1.6-passive). Все эти файлы доступны в репозитории u-boot-2022-04.

В Repka OS предустановлены следующие алгоритмы троттлинга:

Версия платы и максимальная частота процессора	Алгоритм работы троттлинга	График алгоритма троттлинга
1.3 и младше и 1.2 ГГц	<55 С° — 1200 МГц, >55 С° — 1056 МГц, >60 С° — 1008 МГц, >65 С° — 816 МГц, >70 С° — 648 МГц, >75 С° — 480 МГц, >80 С° — 336 МГц, >85 С° — 288 МГц, >88 С° — 240 МГц, >97 С° — Power Off
1.3 и младше и 1.4 ГГц	<55 С° — 1368 МГц, >55 С° — 1200 МГц, >60 С° — 1008 МГц, >65 С° — 816 МГц, >70 С° — 648 МГц, >75 С° — 480 МГц, >80 С° — 336 МГц, >85 С° — 288 МГц, >88 С° — 240 МГц, >97 С° — Power Off
1.4 и 1.5 (Для версий с активным охлаждением)	<75 С° — 1368 МГц, >75 С° — 1200 МГц, >78 С° — 1008 МГц, >81 С° — 816 МГц, >84 С° — 648 МГц, >87 С° — 480 МГц, >90 С° — 336 МГц, >92 С° — 288 МГц, >95 С° — 240 МГц, >97 С° — Power Off
1.4 и 1.5 (Для версий без активного охлаждения)	<61 С° — 1368 МГц, >61 С° — 1200 МГц, >65 С° — 1008 МГц, >69 С° — 816 МГц, >74 С° — 648 МГц, >78 С° — 480 МГц, >82 С° — 336 МГц, >86 С° — 288 МГц, >88 С° — 240 МГц, >97 С° — Power Off
1.6 (Для версий с активным охлаждением)	<75 С° — 1416 МГц, >75 С° — 1320 МГц, >78 С° — 1008 МГц, >81 С° — 816 МГц, >84 С° — 648 МГц, >87 С° — 480 МГц, >90 С° — 336 МГц, >92 С° — 288 МГц, >95 С° — 240 МГц, >97 С° — Power Off
1.6 (Для версий без активного охлаждения)	<61 С° — 1416 МГц, >61 С° — 1320 МГц, >65 С° — 1008 МГц, >69 С° — 816 МГц, >74 С° — 648 МГц, >78 С° — 480 МГц, >82 С° — 336 МГц, >86 С° — 288 МГц, >88 С° — 240 МГц, >97 С° — Power Off

Температурные датчики #

В системе доступны несколько температурных зон, например:

cpu-thermal
gpu-thermal
thermal_zone0, thermal_zone1 (с несколькими точками измерения)

Точное соответствие этих датчиков физическим точкам на плате зависит от конкретной реализации SoC и прошивки. Однако ключевым для управления троттлингом обычно является датчик процессора (cpu-thermal), т.к. она привязана к встроенному датчику SoC (ths, канал 0).

Допустимые температуры #

Согласно даташиту процессора рабочий диапазон: примерно от -20°C до +125°C. Однако: троттлинг активируется при более низких температурах и аварийное отключение также настроено заранее, чтобы избежать достижения критических значений.

Влияние нагрузки #

Наибольшее тепловыделение создаёт процессор (CPU). Нагрузка на другие компоненты оказывает значительно меньший эффект: RAM, Ethernet (LAN), Wi-Fi и SD-карта. Их вклад в общий нагрев платы обычно несоизмеримо ниже по сравнению с CPU.