Android的電源管理

 總體上來(lái)說(shuō)Android的電源管理還是比較簡(jiǎn)單的, 主要就是通過(guò)鎖和定時(shí)器來(lái)切換系統(tǒng)的狀態(tài),使系統(tǒng)的功耗降至最低,整個(gè)系統(tǒng)的電源管理架構(gòu)圖如下: (注該圖來(lái)自Steve Guo)

接下來(lái)我們從Java應(yīng)用層面, Android framework層面, Linux內(nèi)核層面分別進(jìn)行詳細(xì)的討論:

應(yīng)用層的使用:

Android提供了現(xiàn)成android.os.PowerManager類(lèi),該類(lèi)用于控制設(shè)備的電源狀態(tài)的切換.

該類(lèi)對(duì)外有三個(gè)接口函數(shù):

void goToSleep(long time); //強(qiáng)制設(shè)備進(jìn)入Sleep狀態(tài)

Note:

嘗試在應(yīng)用層調(diào)用該函數(shù),卻不能成功,出現(xiàn)的錯(cuò)誤好象是權(quán)限不夠, 但在Framework下面的Service里調(diào)用是可以的.

newWakeLock(int flags, String tag);//取得相應(yīng)層次的鎖

flags參數(shù)說(shuō)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(qǐng)求鎖時(shí)強(qiáng)制打開(kāi)Screen和keyboard light

ON_AFTER_RELEASE: 在釋放鎖時(shí)reset activity timer

Note:

如果申請(qǐng)了partial wakelock,那么即使按Power鍵,系統(tǒng)也不會(huì)進(jìn)Sleep,如Music播放時(shí)

如果申請(qǐng)了其它的wakelocks,按Power鍵,系統(tǒng)還是會(huì)進(jìn)Sleep

void userActivity(long when, boolean noChangeLights);//User activity事件發(fā)生,設(shè)備會(huì)被切換到Full on的狀態(tài),同時(shí)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(shù)的應(yīng)用程序中,必須在其Manifest.xml文件中加入下面的權(quán)限:

2. 所有的鎖必須成對(duì)的使用,如果申請(qǐng)了而沒(méi)有及時(shí)釋放會(huì)造成系統(tǒng)故障.如申請(qǐng)了partial wakelock,而沒(méi)有及時(shí)釋放,那系統(tǒng)就永遠(yuǎn)進(jìn)不了Sleep模式.

Android Framework層面:

其主要代碼文件如下:

frameworksbasecorejavaandroidosPowerManager.java

frameworksbaseservicesjavacomandroidserverPowerManagerService.java

frameworksbasecorejavaandroidosPower.java

frameworksbasecorejniandroid_os_power.cpp

hardwarelibhardwarepowerpower.c

其中PowerManagerService.java是核心, Power.java提供底層的函數(shù)接口,與JNI層進(jìn)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(guò)Power.c來(lái)實(shí)現(xiàn)的, Andriod跟Kernel的交互主要是通過(guò)sys文件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的,具體請(qǐng)參考Kernel層的介紹.

這一層的功能相對(duì)比較復(fù)雜,比如系統(tǒng)狀態(tài)的切換,背光的調(diào)節(jié)及開(kāi)關(guān),Wake Lock的申請(qǐng)和釋放等等,但這一層跟硬件平臺(tái)無(wú)關(guān),而且由Google負(fù)責(zé)維護(hù),問(wèn)題相對(duì)會(huì)少一些,有興趣的朋友可以自己查看相關(guān)的代碼.

Kernel層:

其主要代碼在下列位置:

drivers/android/power.c

其對(duì)Kernel提供的接口函數(shù)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(guān)的資源

EXPORT_SYMBOL(android_lock_suspend); //申請(qǐng)lock,必須調(diào)用相應(yīng)的unlock來(lái)釋放它

EXPORT_SYMBOL(android_lock_suspend_auto_expire);//申請(qǐng)partial wakelock, 定時(shí)時(shí)間到后會(huì)自動(dòng)釋放

EXPORT_SYMBOL(android_unlock_suspend); //釋放lock

EXPORT_SYMBOL(android_power_wakeup); //喚醒系統(tǒng)到on

EXPORT_SYMBOL(android_register_early_suspend); //注冊(cè)early suspend的驅(qū)動(dòng)

EXPORT_SYMBOL(android_unregister_early_suspend); //取消已經(jīng)注冊(cè)的early suspend的驅(qū)動(dòng)

提供給Android Framework層的proc文件如下:

"/sys/android_power/acquire_partial_wake_lock" //申請(qǐng)partial wake lock

"/sys/android_power/acquire_full_wake_lock" //申請(qǐng)full wake lock

"/sys/android_power/release_wake_lock" //釋放相應(yīng)的wake lock

"/sys/android_power/request_state" //請(qǐng)求改變系統(tǒng)狀態(tài),進(jìn)standby和回到wakeup兩種狀態(tài)

"/sys/android_power/state" //指示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)

Android的電源管理主要是通過(guò)Wake lock來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在最底層主要是通過(guò)如下三個(gè)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)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);

所有初始化后的lock都會(huì)被插入到g_inactive_locks的隊(duì)列中,而當(dāng)前活動(dòng)的partial wake lock都會(huì)被插入到g_active_partial_wake_locks隊(duì)列中, 活動(dòng)的full wake lock被插入到g_active_full_wake_locks隊(duì)列中, 所有的partial wake lock 和full wake lock在過(guò)期后或unlock后都會(huì)被移到inactive的隊(duì)列,等待下次的調(diào)用.

在Kernel層使用wake lock步驟如下:

1. 調(diào)用函數(shù)android_init_suspend_lock初始化一個(gè)wake lock

2. 調(diào)用相關(guān)申請(qǐng)lock的函數(shù)android_lock_suspend 或 android_lock_suspend_auto_expire請(qǐng)求lock,這里只能申請(qǐng)partial wake lock, 如果要申請(qǐng)F(tuán)ull wake lock,則需要調(diào)用函數(shù)android_lock_partial_suspend_auto_expire(該函數(shù)沒(méi)有EXPORT出來(lái)),這個(gè)命名有點(diǎn)奇怪,不要跟前面的android_lock_suspend_auto_expire搞混了.[!--empirenews.page--]

3. 如果是auto expire的wake lock則可以忽略,不然則必須及時(shí)的把相關(guān)的wake lock釋放掉,否則會(huì)造成系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在高功耗的狀態(tài).

4. 在驅(qū)動(dòng)卸載或不再使用Wake lock時(shí)請(qǐng)記住及時(shí)的調(diào)用android_uninit_suspend_lock釋放資源.

系統(tǒng)的狀態(tài):

USER_AWAKE, //Full on status

USER_NOTIFICATION, //Early suspended driver but CPU keep on

USER_SLEEP // CPU enter sleep mode

其狀態(tài)切換示意圖如下:

系統(tǒng)正常開(kāi)機(jī)后進(jìn)入到AWAKE狀態(tài), Backlight會(huì)從最亮慢慢調(diào)節(jié)到用戶(hù)設(shè)定的亮度,系統(tǒng)screen off timer(settings->sound & display-> Display settings -> Screen timeout)開(kāi)始計(jì)時(shí),在計(jì)時(shí)時(shí)間到之前,如果有任何的activity事件發(fā)生,如Touch click, keyboard pressed等事件, 則將Reset screen off timer, 系統(tǒng)保持在AWAKE狀態(tài). 如果有應(yīng)用程序在這段時(shí)間內(nèi)申請(qǐng)了Full wake lock,那么系統(tǒng)也將保持在AWAKE狀態(tài), 除非用戶(hù)按下power key. 在AWAKE狀態(tài)下如果電池電量低或者是用AC供電screen off timer時(shí)間到并且選中Keep screen on while pluged in選項(xiàng),backlight會(huì)被強(qiáng)制調(diào)節(jié)到DIM的狀態(tài).

如果Screen off timer時(shí)間到并且沒(méi)有Full wake lock或者用戶(hù)按了power key,那么系統(tǒng)狀態(tài)將被切換到NOTIFICATION,并且調(diào)用所有已經(jīng)注冊(cè)的g_early_suspend_handlers函數(shù), 通常會(huì)把LCD和Backlight驅(qū)動(dòng)注冊(cè)成early suspend類(lèi)型,如有需要也可以把別的驅(qū)動(dòng)注冊(cè)成early suspend,這樣就會(huì)在第一階段被關(guān)閉. 接下來(lái)系統(tǒng)會(huì)判斷是否有partial wake lock acquired, 如果有則等待其釋放, 在等待的過(guò)程中如果有user activity事件發(fā)生,系統(tǒng)則馬上回到AWAKE狀態(tài);如果沒(méi)有partial wake lock acquired, 則系統(tǒng)會(huì)馬上調(diào)用函數(shù)pm_suspend關(guān)閉其它相關(guān)的驅(qū)動(dòng), 讓CPU進(jìn)入休眠狀態(tài).

系統(tǒng)在Sleep狀態(tài)時(shí)如果檢測(cè)到任何一個(gè)Wakeup source, 則CPU會(huì)從Sleep狀態(tài)被喚醒,并且調(diào)用相關(guān)的驅(qū)動(dòng)的resume函數(shù),接下來(lái)馬上調(diào)用前期注冊(cè)的early suspend驅(qū)動(dòng)的resume函數(shù),最后系統(tǒng)狀態(tài)回到AWAKE狀態(tài).這里有個(gè)問(wèn)題就是所有注冊(cè)過(guò)early suspend的函數(shù)在進(jìn)Suspend的第一階段被調(diào)用可以理解,但是在resume的時(shí)候, Linux會(huì)先調(diào)用所有驅(qū)動(dòng)的resume函數(shù),而此時(shí)再調(diào)用前期注冊(cè)的early suspend驅(qū)動(dòng)的resume函數(shù)有什么意義呢?個(gè)人覺(jué)得android的這個(gè)early suspend和late resume函數(shù)應(yīng)該結(jié)合Linux下面的suspend和resume一起使用,而不是單獨(dú)的使用一個(gè)隊(duì)列來(lái)進(jìn)行管理.

由于本人對(duì)Android研究的時(shí)間還不長(zhǎng),也許其中有些地方理解不正確, 甚至是錯(cuò)誤的, 請(qǐng)大家諒解. 如果大家發(fā)現(xiàn)有疑問(wèn)的地方,有興趣也可以一起來(lái)討論.