Android Power Management

AndroidPowerManagement

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SteveGuo)

接下来我们从Java应用层面,Androidframework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:

voidgoToSleep(longtime);//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(intflags,Stringtag);//取得相应层次的锁

flags参数说明:

PARTIAL_WAKE_LOCK:Screenoff,keyboardlightoff

SCREEN_DIM_WAKE_LOCK:screendim,keyboardlightoff

SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK:screenbright,keyboardlightoff

FULL_WAKE_LOCK:screenbright,keyboardbright

ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP:一旦有请求锁时强制打开Screen和keyboardlight

ON_AFTER_RELEASE:在释放锁时resetactivitytimer

Note:

如果申请了partialwakelock,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

voiduserActivity(longwhen,booleannoChangeLights);//Useractivity事件发生,设备会被切换到Fullon的状态,同时ResetScreenofftimer.

Samplecode:

PowerManagerpm=(PowerManager)getSystemService(Context.POWER_SERVICE);

PowerManager.WakeLockwl=pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK,“MyTag”);

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-permissionandroid:name="android.permission.WAKE_LOCK"/>

<uses-permissionandroid: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partialwakelock,而没有及时释放,那系统就永远进不了Sleep模式.

AndroidFramework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Linuxkernel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,WakeLock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Suspendlock,在使用前必须做初始化

EXPORT_SYMBOL(android_uninit_suspend_lock);//释放suspendlock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partialwakelock,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earlysuspend的驱动

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

提供给AndroidFramework层的proc文件如下:

"/sys/android_power/acquire_partial_wake_lock"//申请partialwakelock

"/sys/android_power/acquire_full_wake_lock"//申请fullwakelock

"/sys/android_power/release_wake_lock"//释放相应的wakelock

"/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Wakelock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:

staticLIST_HEAD(g_inactive_locks);

staticLIST_HEAD(g_active_partial_wake_locks);

staticLIST_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partialwakelock都会被插入到g_active_partial_wake_locks队列中,活动的fullwakelock被插入到g_active_full_wake_locks队列中,所有的partialwakelock和fullwakelock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wakelock步骤如下:

1.调用函数android_init_suspend_lock初始化一个wakelock

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partialwakelock,如果要申请Fullwakelock,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autoexpire的wakelock则可以忽略,不然则必须及时的把相关的wakelock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Wakelock时请记住及时的调用android_uninit_suspend_lock释放资源.

系统的状态:

USER_AWAKE,//Fullonstatus

USER_NOTIFICATION,//EarlysuspendeddriverbutCPUkeepon

USER_SLEEP//CPUentersleepmode

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screenofftimer(settings->sound&display->Displaysettings->Screentimeout)开始计时,在计时时间到之前,如果有任何的activity事件发生,如Touchclick,keyboardpressed等事件,则将Resetscreenofftimer,系统保持在AWAKE状态.如果有应用程序在这段时间内申请了Fullwakelock,那么系统也将保持在AWAKE状态,除非用户按下powerkey.在AWAKE状态下如果电池电量低或者是用AC供电screenofftimer时间到并且选中Keepscreenonwhileplugedin选项,backlight会被强制调节到DIM的状态.

如果Screenofftimer时间到并且没有Fullwakelock或者用户按了powerkey,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earlysuspend类型,如有需要也可以把别的驱动注册成earlysuspend,这样就会在第一阶段被关闭.接下来系统会判断是否有partialwakelockacquired,如果有则等待其释放,在等待的过程中如果有useractivity事件发生,系统则马上回到AWAKE状态;如果没有partialwakelockacquired,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Wakeupsource,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earlysuspend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earlysuspend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earlysuspend驱动的resume函数有什么意义呢?个人觉得android的这个earlysuspend和lateresume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.