android 電池（三）：android電池系統

關鍵詞：android電池系統電池系統架構 uevent power_supply驅動

平台資訊:

核心：linux2.6/linux3.0
系統：android/android4.0 
平台：S5PV310(samsungexynos4210) 、samsung exynos4412

作者：xubin341719(歡迎轉載，請註明作者)

歡迎指正錯誤，共同學習、共同進步！！

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一、電池系統結構

       Android中的電池使用方式主要有三種：AC、USB、Battery 等不同的模式。在應用程式層次,通常包括了電池狀態顯示的功能。因此從 Android 系統的軟體方面(包括驅動程式和使用者空間內容)需要在一定程度上獲得電池的狀態，電池系統主要負責電池資訊統計、顯示。電池系統的架構如下所示:

自下而上, Android 的電池系統分成以下幾個部分:

1、驅動程式：

特定硬體平台電池的驅動程式,用 Linux的Power Supply 驅動程式,實現向使用者空間提供資訊。Battery 驅動程式需要通過sys檔案系 統向使用者空間提供介面, sys檔案系統的路徑是由上層的程式指定的。Linux標準的 Power Supply驅動程式 所使用的檔案系統路徑為:/sys/class/power_supply ,其中的每個子目錄表示一種能源供應裝置的名稱。

Power Supply 驅動程式的標頭檔在 include/linux/power_supply.h中定義,註冊和登出驅動程式的函數如下所示: 

int power_supply_register(struct device *parent,struct power_supply *psy); void power_supply_unregister(struct power_supply *psy); struct power_supply { const char *name; /* 裝置名稱 */ enum power_supply_type type; /* 類型 */ enum power_supply_property *properties; /* 屬性指標 */ size_t num_properties; /* 屬性的數目 */ char **supplied_to; size_t num_supplicants; int (*get_property)(struct power_supply *psy, /* 獲得屬性 */ enum power_supply_property psp, union power_supply_propval *val); void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy); /* ...... 省略部分內容 */ }; 

Linux中驅動程式：power_supply

2、本地代碼 - JNI

代碼路徑: frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp 這個類調用sys檔案系統訪問驅動程式,也同時提供了JNI的介面。

這個檔案提供的方法列表如下所示: 

static JNINativeMethod sMethods[] = { {"native_update", "()V", (void*)android_server_BatteryService_update}, };  

處理的流程為根據裝置類型判定裝置後, 得到各個裝置的相關屬性,則需要得到更多得 資訊。例如:果是交流或者 USB 裝置,只需 要得到它們是否線上( onLine );如果是電 池裝置,則需要得到更多的資訊,例如狀態 ( status ),健康程度( health ),容 量( capacity ),電壓 ( voltage_now )等。

Linux 驅動 driver 維護著儲存電池資訊的一組檔案 sysfs,供應用程式擷取電源相關狀態: 

#define AC_ONLINE_PATH "/sys/class/power_supply/ac/online" AC 電源串連狀態 #define USB_ONLINE_PATH "/sys/class/power_supply/usb/online" USB電源串連狀態 #define BATTERY_STATUS_PATH "/sys/class/power_supply/battery/status"充電狀態 #define BATTERY_HEALTH_PATH "/sys/class/power_supply/battery/health"電池狀態 #define BATTERY_PRESENT_PATH "/sys/class/power_supply/battery/present"使用狀態 #define BATTERY_CAPACITY_PATH "/sys/class/power_supply/battery/capacity"電池 level #define BATTERY_VOLTAGE_PATH "/sys/class/power_supply/battery/batt_vol"電池電壓 #define BATTERY_TEMPERATURE_PATH "/sys/class/power_supply/battery/batt_temp"電池溫度 #define BATTERY_TECHNOLOGY_PATH "/sys/class/power_supply/battery/technology"電池技術 當電池狀態發生變化時,driver 會更新這些檔案。傳送資訊到java 

3 、JAVA 代碼

代碼路徑:

frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java

frameworks/base/core/java/android/os/ : android.os ：包中和Battery 相關的部分

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/：和Battery 相關的內部部分 BatteryService.java 通過調用, BatteryService JNI來實現com.android.server包中的 BatteryService類。BatteryManager.java中定義了一些 JAVA 應用程式層可以使用的常量。

       電池系統在驅動程式層以上的部分都是Android 系統中預設的內容。在移植的過程中基本不需要改動。電池系統需要移植的部分僅有Battery驅動程式。Battery 驅動程式用Linux 標準的Power Supply驅動程式與上層的介面是sys檔案系統,主要用於讀取sys檔案系統中的檔案來擷取電池相關的資訊。整個系統中各組件的聯絡：

BatteryService 作為電池及充電相關的服務: 監聽 Uevent、讀取sysfs 裡中的狀態 、廣播Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED。

(1)、mUEventObserver

BatteryService實現了一個UevenObserver mUEventObserver。uevent是Linux 核心用來向使用者空間主動上報事件的機制,對於JAVA程式來說,只實現 UEventObserver的虛函數 onUEvent,然後註冊即可。

BatteryService只關注 power_supply 的事件,所以在建構函式註冊:

(2)、update()

update讀取sysfs檔案做到同步取得電池資訊, 然後根據讀到的狀態更新 BatteryService 的成員變數,並廣播一個Intent來通知其它關注電源狀態的 組件。

當kernel有power_supply事件上報時, mUEventObserver調用update()函數,然後update 調用native_update從sysfs中讀取相關狀態(com_android_server_BatteryService.cpp):

(3)、sysfs

Linux 驅動 driver 維護著儲存電池資訊的一組檔案 sysfs,供應用程式獲

取電源相關狀態:

二、Uevent部分

Uevent是核心通知android有狀態變化的一種方法，比如USB線插入、拔出，電池電量變化等等。其本質是核心發送（可以通過socket）一個字串，應用程式層（android）接收並解釋該字串，擷取相應資訊。如所示，如果其中有資訊變化，uevent觸發，做出相應的數更新。

Android中的BatteryService及相關組件

1、Androiduevent架構

     Android很多事件都是通過uevent跟kernel來非同步通訊的。其中類UEventObserver是核心。UEventObserver接收kernel的uevent資訊的抽象類別。

（1）、server層代碼
       battery server:
       frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
       frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java

（2）、java層代碼
      frameworks/base/core/java/android/os/UEventObserver.java
（3）、JNI層代碼
        frameworks/base/core/jni/android_os_UEventObserver.cpp
（4）、底層代碼
         hardware/libhardware_legacy/uevent/uevent.c

讀寫kernel的介面socket(PF_NETLINK,SOCK_DGRAM, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
2、UEventObserver的使用

類UEventObserver提供了三個介面給子類來調用：
（1）、onUEvent(UEvent event)： 子類必須重寫這個onUEvent來處理uevent。
（2）、startObserving(Stringmatch)： 啟動進程，要提供一個字串參數。
（3）、stopObserving()： 停止進程。
   例子://在BatteryService.java中

 mUEventObserver.startObserving("SUBSYSTEM=power_supply");         private UEventObserver mUEventObserver = new UEventObserver() {         @Override               public void onUEvent(UEventObserver.UEvent event) {                update();               }         };

 在UEvent thread中會不停調用 update()方法，來更新電池的資訊資料。

3、vold server分析
（1）、在system/vold/NetlinkManager.cpp中：

 if ((mSock = socket(PF_NETLINK,SOCK_DGRAM,NETLINK_KOBJECT_UEVENT)) < 0) {               SLOGE("Unable to create uevent socket: %s", strerror(errno));               return -1;       }       if (setsockopt(mSock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &sz, sizeof(sz)) < 0) {               SLOGE("Unable to set uevent socket options: %s", strerror(errno));               return -1;       }       if (bind(mSock, (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr)) < 0) {               SLOGE("Unable to bind uevent socket: %s", strerror(errno));               return -1;       }

 （2）、然後在system/vold/NetlinkHandler.cpp的NetlinkHandler::onEvent中處理  

             void NetlinkHandler::onEvent(NetlinkEvent *evt) {                      VolumeManager *vm = VolumeManager::Instance();                     const char *subsys = evt->getSubsystem();                     if (!subsys) {                           SLOGW("No subsystem found in netlink event");                           return;                     }                     if (!strcmp(subsys, "block")) {                           vm->handleBlockEvent(evt);                     } else if (!strcmp(subsys, "switch")) {                           vm->handleSwitchEvent(evt);                     } else if (!strcmp(subsys, "battery")) {                     } else if (!strcmp(subsys, "power_supply")) {                     }             }

（3）、在system/core/libsysutils/src/NetlinkListener.cpp中監聽。
4、batteryserver分析

   java代碼：frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java
   JNI代碼： frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp

  （1）、BatteryService是跑在system_process當中，在系統初始化的時候啟動，

如下在BatteryService.java中：

        Log.i(TAG, “Starting Battery Service.”);        BatteryService battery = new BatteryService(context);        ServiceManager.addService(“battery”, battery);

   （2）、資料來源
       BatteryService通過JNI（com_android_server_BatteryService.cpp）讀取資料。
        BatteryService通過JNI註冊的不僅有函數，還有變數。 如下：BatteryService是跑在system_process當中，在系統初始化的時候啟動，如下在BatteryService.java中：

        //##############在BatteryService.java中聲明的變數################        private boolean mAcOnline;        private boolean mUsbOnline;        private int mBatteryStatus;        private int mBatteryHealth;        private boolean mBatteryPresent;        private int mBatteryLevel;        private int mBatteryVoltage;        private int mBatteryTemperature;        private String mBatteryTechnology;      //在BatteryService.java中聲明的變數，在com_android_server_BatteryService.cpp中共用，即在com_android_server_BatteryService.cpp中其實操作的也是BatteryService.java中聲明的變數。      gFieldIds.mAcOnline = env->GetFieldID(clazz, “mAcOnline”, “Z”);      gFieldIds.mUsbOnline = env->GetFieldID(clazz, “mUsbOnline”, “Z”);      gFieldIds.mBatteryStatus = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryStatus”, “I”);      gFieldIds.mBatteryHealth = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryHealth”, “I”);      gFieldIds.mBatteryPresent = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryPresent”, “Z”);      gFieldIds.mBatteryLevel = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryLevel”, “I”);      gFieldIds.mBatteryTechnology = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryTechnology”, Ljava/lang/String;”);      gFieldIds.mBatteryVoltage = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryVoltage”, “I”);      gFieldIds.mBatteryTemperature = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryTemperature”, “I”);      //上面這些變數的值，對應是從下面的檔案中讀取的，一隻檔案儲存體一個數值。      #define AC_ONLINE_PATH “/sys/class/power_supply/ac/online”      #define USB_ONLINE_PATH “/sys/class/power_supply/usb/online”      #define BATTERY_STATUS_PATH “/sys/class/power_supply/battery/status”      #define BATTERY_HEALTH_PATH “/sys/class/power_supply/battery/health”      #define BATTERY_PRESENT_PATH “/sys/class/power_supply/battery/present”      #define BATTERY_CAPACITY_PATH “/sys/class/power_supply/battery/capacity”      #define BATTERY_VOLTAGE_PATH “/sys/class/power_supply/battery/batt_vol”      #define BATTERY_TEMPERATURE_PATH “/sys/class/power_supply/battery/batt_temp”      #define BATTERY_TECHNOLOGY_PATH “/sys/class/power_supply/battery/technology”

  （3）、資料傳送
     BatteryService主動把資料傳送給所關心的應用程式，所有的電池的資訊資料是通過Intent傳送出去的。在BatteryService.java中，Code如下:

        Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);        intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY);        intent.putExtra(“status”, mBatteryStatus);        intent.putExtra(“health”, mBatteryHealth);        intent.putExtra(“present”, mBatteryPresent);        intent.putExtra(“level”, mBatteryLevel);        intent.putExtra(“scale”, BATTERY_SCALE);        intent.putExtra(“icon-small”, icon);        intent.putExtra(“plugged”, mPlugType);        intent.putExtra(“voltage”, mBatteryVoltage);        intent.putExtra(“temperature”, mBatteryTemperature);        intent.putExtra(“technology”, mBatteryTechnology);        ActivityManagerNative.broadcastStickyIntent(intent, null);

（4）、資料接收

 應用如果想要接收到BatteryService發送出來的電池資訊，則需要註冊一個Intent為Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED的BroadcastReceiver。

       註冊方法如下：

        IntentFilter mIntentFilter = new IntentFilter();        mIntentFilter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);        registerReceiver(mIntentReceiver, mIntentFilter);        private BroadcastReceiver mIntentReceiver = new BroadcastReceiver() {            @Override            public void onReceive(Context context, Intent intent) {                // TODO Auto-generated method stub                String action = intent.getAction();                if (action.equals(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED)) {                    int nVoltage = intent.getIntExtra(“voltage”, 0);                    if(nVoltage!=0){                        mVoltage.setText(“V: ” + nVoltage + “mV – Success…”);                    }                    else{                        mVoltage.setText(“V: ” + nVoltage + “mV – fail…”);                    }                }            }        };

（5）、資料更新
        電池的資訊會隨著時間不停變化，自然地，就需要考慮如何即時的更新電池的資料資訊。在BatteryService啟動的時候，會同時通過UEventObserver啟動一個onUEvent Thread。每一個Process最多隻能有一個onUEvent Thread，即使這個Process中有多個UEventObserver的執行個體。當在一個Process中，第一次Call startObserving()方法後，這個UEvent thread就啟動了。而一旦這個UEvent thread啟動之後，就不會停止。

       //在BatteryService.java中

        mUEventObserver.startObserving(“SUBSYSTEM=power_supply”);        private UEventObserver mUEventObserver = new UEventObserver() {            @Override            public void onUEvent(UEventObserver.UEvent event) {                update();            }        };

    在UEvent thread中會不停調用 update()方法，來更新電池的資訊資料。