Android Power Management

总体上来说 Android 的电源管理还是比较简单的 , 主要就是通过锁和定时器来切换系统的状态 , 使系统的功耗降至最低 , 整个系统的电源管理架构图如下 : ( 注该图来自 Steve Guo)

 

 

接下来我们从 Java 应用层面 , Android framework 层面 , Linux 内核层面分别进行详细的讨论 :

应用层的使用 :

Android 提供了现成 android.os.PowerManager 类 , 该类用于控制设备的电源状态的切换 .

该类对外有三个接口函数 :

         void goToSleep(long time); // 强制设备进入 Sleep 状态

         Note:

尝试在应用层调用该函数 , 却不能成功 , 出现的错误好象是权限不够 , 但在 Framework 下面的 Service 里调用是可以的 .

         newWakeLock(int flags, String tag);// 取得相应层次的锁

flags 参数说明 :

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: 一旦有请求锁时强制打开 Screen 和 keyboard light

ON_AFTER_RELEASE: 在释放锁时 reset activity timer

Note:

如果申请了 partial wakelock, 那么即使按 Power 键 , 系统也不会进 Sleep, 如 Music 播放时

如果申请了其它的 wakelocks, 按 Power 键 , 系统还是会进 Sleep

         void userActivity(long when, boolean noChangeLights);//User activity 事件发生 , 设备会被切换到 Full on 的状态 , 同时 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. 在使用以上函数的应用程序中 , 必须在其 Manifest.xml 文件中加入下面的权限 :

    <uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK" />

<uses-permission android:name="android.permission.DEVICE_POWER" />

2. 所有的锁必须成对的使用 , 如果申请了而没有及时释放会造成系统故障 . 如申请了 partial wakelock, 而没有及时释放 , 那系统就永远进不了 Sleep 模式 .

Android Framework 层面 :

其主要代码文件如下 :

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 提供底层的函数接口 , 与 JNI 层进行交互 , JNI 层的代码主要在文件 android_os_Power.cpp 中 , 与 Linux kernel 交互是通过 Power.c 来实现的 , Andriod 跟 Kernel 的交互主要是通过 sys 文件的方式来实现的 , 具体请参考 Kernel 层的介绍 .

 

这一层的功能相对比较复杂 , 比如系统状态的切换 , 背光的调节及开关 ,Wake Lock 的申请和释放等等 , 但这一层跟硬件平台无关 , 而且由 Google 负责维护 , 问题相对会少一些 , 有兴趣的朋友可以自己查看相关的代码 .

Kernel 层 :

其主要代码在下列位置 :

drivers/android/power.c

其对 Kernel 提供的接口函数有

EXPORT_SYMBOL(android_init_suspend_lock); // 初始化 Suspend lock, 在使用前必须做初始化

EXPORT_SYMBOL(android_uninit_suspend_lock); // 释放 suspend lock 相关的资源

EXPORT_SYMBOL(android_lock_suspend); // 申请 lock, 必须调用相应的 unlock 来释放它

EXPORT_SYMBOL(android_lock_suspend_auto_expire);// 申请 partial wakelock, 定时时间到后会自动释放

EXPORT_SYMBOL(android_unlock_suspend); // 释放 lock

EXPORT_SYMBOL(android_power_wakeup); // 唤醒系统到 on

EXPORT_SYMBOL(android_register_early_suspend); // 注册 early suspend 的驱动

EXPORT_SYMBOL(android_unregister_early_suspend); // 取消已经注册的 early suspend 的驱动

 

提供给 Android Framework 层的 proc 文件如下 :

"/sys/android_power/acquire_partial_wake_lock" // 申请 partial wake lock

"/sys/android_power/acquire_full_wake_lock" // 申请 full wake lock

"/sys/android_power/release_wake_lock" // 释放相应的 wake lock

"/sys/android_power/request_state" // 请求改变系统状态 , 进 standby 和回到 wakeup 两种状态

"/sys/android_power/state" // 指示当前系统的状态

 

Android 的电源管理主要是通过 Wake lock 来实现的 , 在最底层主要是通过如下三个队列来实现其管理 :

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 都会被插入到 g_inactive_locks 的队列中 , 而当前活动的 partial wake lock 都会被插入到 g_active_partial_wake_locks 队列中 , 活动的 full wake lock 被插入到 g_active_full_wake_locks 队列中 , 所有的 partial wake lock 和 full wake lock 在过期后或 unlock 后都会被移到 inactive 的队列 , 等待下次的调用 .

在 Kernel 层使用 wake lock 步骤如下 :

1.        调用函数 android_init_suspend_lock 初始化一个 wake lock

2.        调用相关申请 lock 的函数 android_lock_suspend 或 android_lock_suspend_auto_expire 请求 lock, 这里只能申请 partial wake lock, 如果要申请 Full wake lock, 则需要调用函数 android_lock_partial_suspend_auto_expire( 该函数没有 EXPORT 出来 ), 这个命名有点奇怪 , 不要跟前面的 android_lock_suspend_auto_expire 搞混了 .

3.        如果是 auto expire 的 wake lock 则可以忽略 , 不然则必须及时的把相关的 wake lock 释放掉 , 否则会造成系统长期运行在高功耗的状态 .

4.        在驱动卸载或不再使用 Wake lock 时请记住及时的调用 android_uninit_suspend_lock 释放资源 .

 

系统的状态 :

         USER_AWAKE, //Full on status

         USER_NOTIFICATION, //Early suspended driver but CPU keep on

         USER_SLEEP // CPU enter sleep mode

其状态切换示意图如下 :

 

系统正常开机后进入到 AWAKE 状态 , Backlight 会从最亮慢慢调节到用户设定的亮度 , 系统 screen off timer(settings->sound & display-> Display settings -> Screen timeout) 开始计时 , 在计时时间到之前 , 如果有任何的 activity 事件发生 , 如 Touch click, keyboard pressed 等事件 , 则将 Reset screen off timer, 系统保持在 AWAKE 状态 . 如果有应用程序在这段时间内申请了 Full wake lock, 那么系统也将保持在 AWAKE 状态 , 除非用户按下 power key. 在 AWAKE 状态下如果电池电量低或者是用 AC 供电 screen off timer 时间到并且选中 Keep screen on while pluged in 选项 ,backlight 会被强制调节到 DIM 的状态 .

如果 Screen off timer 时间到并且没有 Full wake lock 或者用户按了 power key, 那么系统状态将被切换到 NOTIFICATION, 并且调用所有已经注册的 g_early_suspend_handlers 函数 , 通常会把 LCD 和 Backlight 驱动注册成 early suspend 类型 , 如有需要也可以把别的驱动注册成 early suspend, 这样就会在第一阶段被关闭 . 接下来系统会判断是否有 partial wake lock acquired, 如果有则等待其释放 , 在等待的过程中如果有 user activity 事件发生 , 系统则马上回到 AWAKE 状态 ; 如果没有 partial wake lock acquired, 则系统会马上调用函数 pm_suspend 关闭其它相关的驱动 , 让 CPU 进入休眠状态 .

系统在 Sleep 状态时如果检测到任何一个 Wakeup source, 则 CPU 会从 Sleep 状态被唤醒 , 并且调用相关的驱动的 resume 函数 , 接下来马上调用前期注册的 early suspend 驱动的 resume 函数 , 最后系统状态回到 AWAKE 状态 . 这里有个问题就是所有注册过 early suspend 的函数在进 Suspend 的第一阶段被调用可以理解 , 但是在 resume 的时候 , Linux 会先调用所有驱动的 resume 函数 , 而此时再调用前期注册的 early suspend 驱动的 resume 函数有什么意义呢 ? 个人觉得 android 的这个 early suspend 和 late resume 函数应该结合 Linux 下面的 suspend 和 resume 一起使用 , 而不是单独的使用一个队列来进行管理 .

由于本人对Android研究的时间还不长,也许其中有些地方理解不正确, 甚至是错误的, 请大家谅解. 如果大家发现有疑问的地方,有兴趣也可以一起来讨论.