Android電源管理機制分析(zz)

Android電源管理機制分析(zz)
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)

(注該圖來自Steve Guo)  (見-圖1)

接下來我們從Java應用程式層面, Android framework層面, Linux核心層面分別進行詳細的討論:
應用程式層的使用:
Android提供了現成android.os.PowerManager類,該類用於控制裝置的電源狀態的切換.
該類對外有三個介面函數:
         void goToSleep(long time); //強制裝置進入Sleep狀態
         Note:
嘗試在應用程式層調用該函數,卻不能成功,出現的錯誤好象是許可權不夠, 但在Framework下面的Service裡調用是可以的.
         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開啟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,裝置會被切換到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式中,必須在其Manifest.xml檔案中加入下面的許可權:
    <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:
其主要代碼檔案如下:
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提供底層的函數介面,與JNI層進行互動, JNI層的代碼主要在檔案android_os_Power.cpp中,與Linux kernel互動是通過Power.c來實現的, Andriod跟Kernel的互動主要是通過sys檔案的方式來實現的,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,但這一層跟硬體平台無關,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提供的介面函數有
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檔案如下:
"/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在到期後或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,這裡只能申請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使用者設定的亮度,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. 如果有應用程式在這段時間內申請了Full wake lock,那麼系統也將保持在AWAKE狀態, 除非使用者按下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或者使用者按了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.這裡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.