電源管理可以說是移動設備中最關鍵的技術之一，特別是對於現代的智能手機，具有大屏幕，高頻處理器，大內存，各種外設多（gps，camera，傳感器），多任務操作系統，等特點，電源管理尤其顯得重要，如果沒有一個高效的電源管理方案，你的smart phone可能跑2小時就沒電了。
Android的電源管理技術有什麼特點呢：
1. Application並不直接控制電源
2. Application hold 電源狀態的 “locks“
3. 如果沒有Application hold locks， Android將進入掉電模式
Android的電源管理有下面幾個鎖：
1. PARTIAL_WAKE_LOCK
- CPU on, screen off, keyboard off
- 不能通過電源按鈕進入掉電模式
2. SCREEN_DIM_WAKE_LOCK
- CPU on, screen dim, keyboard off
3. SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK
- CPU on, screen bright, keyboard off
4. FULL_WAKE_LOCK
- CPU on, screen on, keyboard bright
5. ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP
- 一旦有請求鎖時強制打開Screen和keyboard light
6. ON_AFTER_RELEASE
- 當lock被釋放後，通過reset user activity timer使屏幕多亮一會兒
Android的電源管理構架如下圖所示(圖中kernel部分代碼的路徑是老版本的android）：
下面我們看一個例子：
- PowerManager pm =
- (PowerManager) getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
- PowerManager.WakeLock wl =
- pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK, "tag");
- wl.acquire();
- // ..screen will stay on during this section..
- wl.release();
這個例子首先通過getSystemService得到PowerManager， 然後生成一個SCREEN_DIM_WAKE_LOCK鎖，並且通過acquire()方法使用這個鎖，通過release()方法釋放這個鎖。 acquire和release必須成對使用，否則會造成系統電源管理的錯誤。（比如如果acquire了partial_wake_lock而忘記釋放了，那麼系統永遠無法進入掉電模式）， 還有，必須在AndroidManifest.xml中加入以下permission：
<uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK" />
<uses-permission android:name="android.permission.DEVICE_POWER" />
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以下內容轉自：http://blog.csdn.net/hzdysymbol/archive/2009/03/19/4004791.aspx
Android Power Management
總體上來說Android的電源管理還是比較簡單的, 主要就是通過鎖和定時器來切換系統的狀態,使系統的功耗降至最低,整個系統的電源管理架構圖如下: (注該圖來自Steve Guo)
接下來我們從Java應用層面, Android framework層面, Linux內核層面分別進行詳細的討論:
應用層的使用:
Android提供了現成android.os.PowerManager類,該類用於控制設備的電源狀態的切換.
該類對外有三個接口函數:
void goToSleep(long time); //強制設備進入Sleep狀態
Note:
嘗試在應用層調用該函數,卻不能成功,出現的錯誤好象是權限不夠, 但在Framework下面的Service裏調用是可以的.
newWakeLock(int flags, String tag);//取得相應層次的鎖
flags參數說明:
PARTIAL_WAKE_LOCK: Screen off, keyboard light off
SCREEN_DIM_WAKE_LOCK: screen dim, keyboard light off
SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK: screen bright, keyboard light off
FULL_WAKE_LOCK: screen bright, keyboard bright
ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP: 一旦有請求鎖時強制打開Screen和keyboard light
ON_AFTER_RELEASE: 在釋放鎖時reset activity timer
Note:
如果申請了partial wakelock,那麼即使按Power鍵,系統也不會進Sleep,如Music播放時
如果申請了其它的wakelocks,按Power鍵,系統還是會進Sleep
void userActivity(long when, boolean noChangeLights);//User activity事件發生,設備會被切換到Full on的狀態,同時Reset Screen off timer.
Sample code:
PowerManager pm = (PowerManager)getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
PowerManager.WakeLock wl = pm.newWakeLock (PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK, “My Tag”);
wl.acquire();
…….
wl.release();
Note:
1. 在使用以上函數的應用程序中,必須在其Manifest.xml文件中加入下面的權限:
<uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK" />
<uses-permission android:name="android.permission.DEVICE_POWER" />
2. 所有的鎖必須成對的使用,如果申請了而沒有及時釋放會造成系統故障.如申請了partial wakelock,而沒有及時釋放,那系統就永遠進不了Sleep模式.
Android Framework層面:
其主要代碼文件如下:
frameworks\base\core\java\android\os\PowerManager.java
frameworks\base\services\java\com\android\server\PowerManagerService.java
frameworks\base\core\java\android\os\Power.java
frameworks\base\core\jni\android_os_power.cpp
hardware\libhardware\power\power.c
其中PowerManagerService.java是核心, Power.java提供底層的函數接口,與JNI層進行交互, JNI層的代碼主要在文件android_os_Power.cpp中,與Linux kernel交互是通過Power.c來實現的, Andriod跟Kernel的交互主要是通過sys文件的方式來實現的,具體請參考Kernel層的介紹.
這一層的功能相對比較複雜,比如系統狀態的切換,背光的調節及開關,Wake Lock的申請和釋放等等,但這一層跟硬件平臺無關,而且由Google負責維護,問題相對會少一些,有興趣的朋友可以自己查看相關的代碼.
Kernel層:
其主要代碼在下列位置:
drivers/android/power.c
其對Kernel提供的接口函數有
EXPORT_SYMBOL(android_init_suspend_lock); //初始化Suspend lock,在使用前必須做初始化
EXPORT_SYMBOL(android_uninit_suspend_lock); //釋放suspend lock相關的資源
EXPORT_SYMBOL(android_lock_suspend); //申請lock,必須調用相應的unlock來釋放它
EXPORT_SYMBOL(android_lock_suspend_auto_expire);//申請partial wakelock, 定時時間到後會自動釋放
EXPORT_SYMBOL(android_unlock_suspend); //釋放lock
EXPORT_SYMBOL(android_power_wakeup); //喚醒系統到on
EXPORT_SYMBOL(android_register_early_suspend); //註冊early suspend的驅動
EXPORT_SYMBOL(android_unregister_early_suspend); //取消已經註冊的early suspend的驅動
提供給Android Framework層的proc文件如下:
"/sys/android_power/acquire_partial_wake_lock" //申請partial wake lock
"/sys/android_power/acquire_full_wake_lock" //申請full wake lock
"/sys/android_power/release_wake_lock" //釋放相應的wake lock
"/sys/android_power/request_state" //請求改變系統狀態,進standby和回到wakeup兩種狀態
"/sys/android_power/state" //指示當前系統的狀態
Android的電源管理主要是通過Wake lock來實現的,在最底層主要是通過如下三個隊列來實現其管理:
static LIST_HEAD(g_inactive_locks);
static LIST_HEAD(g_active_partial_wake_locks);
static LIST_HEAD(g_active_full_wake_locks);
所有初始化後的lock都會被插入到g_inactive_locks的隊列中,而當前活動的partial wake lock都會被插入到g_active_partial_wake_locks隊列中, 活動的full wake lock被插入到g_active_full_wake_locks隊列中, 所有的partial wake lock 和full wake lock在過期後或unlock後都會被移到inactive的隊列,等待下次的調用.
在Kernel層使用wake lock步驟如下:
1. 調用函數android_init_suspend_lock初始化一個wake lock
2. 調用相關申請lock的函數android_lock_suspend 或 android_lock_suspend_auto_expire請求lock,這裏只能申請partial wake lock, 如果要申請Full wake lock,則需要調用函數android_lock_partial_suspend_auto_expire(該函數沒有EXPORT出來),這個命名有點奇怪,不要跟前面的android_lock_suspend_auto_expire搞混了.
3. 如果是auto expire的wake lock則可以忽略,不然則必須及時的把相關的wake lock釋放掉,否則會造成系統長期運行在高功耗的狀態.
4. 在驅動卸載或不再使用Wake lock時請記住及時的調用android_uninit_suspend_lock釋放資源.
系統的狀態:
USER_AWAKE, //Full on status
USER_NOTIFICATION, //Early suspended driver but CPU keep on
USER_SLEEP // CPU enter sleep mode
其狀態切換示意圖如下:
系統正常開機後進入到AWAKE狀態, Backlight會從最亮慢慢調節到用戶設定的亮度,系統screen off timer(settings->sound & display-> Display settings -> Screen timeout)開始計時,在計時時間到之前,如果有任何的activity事件發生,如Touch click, keyboard pressed等事件, 則將Reset screen off timer, 系統保持在AWAKE狀態. 如果有應用程序在這段時間內申請了Full wake lock,那麼系統也將保持在AWAKE狀態, 除非用戶按下power key. 在AWAKE狀態下如果電池電量低或者是用AC供電screen off timer時間到並且選中Keep screen on while pluged in選項,backlight會被強制調節到DIM的狀態.
如果Screen off timer時間到並且沒有Full wake lock或者用戶按了power key,那麼系統狀態將被切換到NOTIFICATION,並且調用所有已經註冊的g_early_suspend_handlers函數, 通常會把LCD和Backlight驅動註冊成early suspend類型,如有需要也可以把別的驅動註冊成early suspend, 這樣就會在第一階段被關閉. 接下來系統會判斷是否有partial wake lock acquired, 如果有則等待其釋放, 在等待的過程中如果有user activity事件發生,系統則馬上回到AWAKE狀態;如果沒有partial wake lock acquired, 則系統會馬上調用函數pm_suspend關閉其它相關的驅動, 讓CPU進入休眠狀態.
系統在Sleep狀態時如果檢測到任何一個Wakeup source, 則CPU會從Sleep狀態被喚醒,並且調用相關的驅動的resume函數,接下來馬上調用前期註冊的early suspend驅動的resume函數,最後系統狀態回到AWAKE狀態.這裏有個問題就是所有註冊過early suspend的函數在進Suspend的第一階段被調用可以理解,但是在resume的時候, Linux會先調用所有驅動的resume函數,而此時再調用前期註冊的early suspend驅動的resume函數有什麼意義呢?個人覺得android的這個early suspend和late resume函數應該結合Linux下面的suspend和resume一起使用,而不是單獨的使用一個隊列來進行管理.
由於本人對Android研究的時間還不長,也許其中有些地方理解不正確, 甚至是錯誤的, 請大家諒解. 如果大家發現有疑問的地方,有興趣也可以一起來討論.