Android电池管理系统系统分析
Android电池管理系统总体实现:
电池管理在Android系统中的主要作用是检测我们的电池状态,剩余电量实时更新,高温报警,低电量关机等。Android的电池管理模块,从Android的应用层到底层内核分为了4层来理解,从上到下依次为,应用层,framwork层,本地框架层,内核驱动层。
一、Android 电池服务
Android电池服务BatteryService,用来监听内核上报的电池事件,并将最新的电池数据上报给系统,系统收到新数据后会去更新电池显示状态、剩余电量等信息。如果收到过温报警和低电报警,系统会自动触发关机流程,保护电池和机器不受到危害。
Android电池服务的源码结构 :
frameworks/base/services/java/com/android/server/ ├── SystemServer.java 创建BatteryService、PowerManagerService、ActivityManagerService frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ ├── BatteryService.java 监听底层上报的battery事件,广播电池发生改变的消息 (广播Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED) frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ ├── ActivityManagerService.java 创建BatteryStatsService ├── BatteryStatsService.java 统计和记录电池参数的信息 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/ ├── PowerManagerService.java 监听电池发生变化的广播消息,并调节系统的电源状态,例如亮屏 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ ├── BatteryStatsImpl.java 统计和记录电池参数的信息,并通知其他模块
二、Healthd
healthd是android4.4之后提出来的一种中介模型,安卓源码路径下system/core/healthd, 主要是通过binder机制去调用healthd向下监听来自底层的电池事件,向上传递电池数据信息给Framework层的BatteryService用来计算电池电量相关信息,BatteryService通过传递来的数据来计算电池电量等信息,因此healthd在电池管理系统中起着承上启下的作用。
主要是通过BatteryMonitor.cpp中的bool BatteryMonitor::update(void)函数上报信息,其中,内核首先会更新数据到/sys/class/power_supply/battery节点下各个属性。
Healthd的源码结构:
System/core/healthd/ ├── healthd.cpp 创建uevent socket,监听内核上报的内核事件 ├── BatteryMonitor.cpp 初始化本地电池数据结构,将power_supply路径下属性节点路径填充进去, ├── BatteryMonitor.h ├── BatteryPropertiesRegistrar.cpp 创建电池属性监听器,并将其注册到Android的系统服务中 ├── BatteryPropertiesRegistrar.h
health模块的代码位置位于/system/core/healthd/,其入口在Healthd.cpp中的main函数中:
healthd_mode_ops = &android_ops; //开机充电时初始化结构体 healthd_mode_ops = &charger_ops; //关机充电时初始化结构体
healthd_mode_ops是一个充电状态的结构体,正常开机情况下会 将android_ops结构体赋值给healthd_mode_ops ,如果在关机情况下会将 charget_ops结构体赋值给healthd_mode_opos,就是关机充电的使用。
然后在healthd_init中,主要做一些初始化工作,并且创建了一个epoll,主要用于将文件指针挂在工作队列中,用于轮询查看驱动层是否发来信息,然后调用uevent_init()对uevent进行注册,应为从上篇文章我们明白,电池驱动是通过uevent与health进行通信的,uevent通信本质上就是socket通信。
epollfd = epoll_create(MAX_EPOLL_EVENTS);
初始化之后,执行healthd_mainloop(),开启了一个无线循环,监听是否有uevent事件到来,如果在for循环中检测到uevent事件到来的时候,会直接调用 uevent_event函数
在uevent_event函数中,会判断SSUBSYSTEM是否等于POWER_SUPPLY_SUBSYSTEM,如果是的话,说明是电池驱动传过来的信息,会执行healthd_battery_update()函数。在该函数中会直接调用BatteryMonitor中的update()函数,对电池的各个属性进行更新,并在最后调用在前面注册的监听进行上报。
在update()函数中调用 healthd_mode_ops->battery_update(&props) 进行,其中battery_update(&props)为在health.cpp中初始化的结构体,最后返回当前的充电状态。
battery_update()调用的函数如下,调用注册的监听进行上报:
void healthd_mode_android_battery_update( struct android::BatteryProperties *props) { if (gBatteryPropertiesRegistrar != NULL) gBatteryPropertiesRegistrar->notifyListeners(*props); //调用监听并传入属性值 return; }
接着gBatteryPropertiesRegistrar 这个监听就会回调在framwork层实现的函数,然后通过Binder机制向上层通信
ps:这篇文章介绍Healthd说的比较详细:https://blog.csdn.net/zhou12314/article/details/79404348
三、驱动
驱动部分大概流程是这样的:
Android内核中的电池驱动采取的是linux 内核驱动中的 power_supply子系统框架进行上报电池状态。power_supply主要通过sys文件系统向用户层提供读取电池状态的接口,路径为 /sys/class/power_supply/ , 该目录下通常会有 ac , battery, usb 三个目录,代表给Android系统供电的三种能源类型,其中电池的状态就在battery的目录下,当电池状态变化的时候会通过uevent机制通知上层,然后上层通过读取该目录下相应的值来动态的显示电池状态。
驱动的源码结构 :
kernel/drivers/power
1、对电源(ac , battery, usb)进行初始化(这里说的是rk818):
对应驱动文件:drivers/power/rk818_charger.c
469 static const struct power_supply_desc rk818_ac_desc = { 470 .name = "ac",//设备名称 471 .type = POWER_SUPPLY_TYPE_MAINS,//类型 472 .properties = rk818_ac_props,//属性 473 .num_properties = ARRAY_SIZE(rk818_ac_props),//属性数目 474 .get_property = rk818_cg_ac_get_property,//得到属性的函数 475 }; 476 477 static const struct power_supply_desc rk818_usb_desc = { 478 .name = "usb", 479 .type = POWER_SUPPLY_TYPE_USB, 480 .properties = rk818_usb_props, 481 .num_properties = ARRAY_SIZE(rk818_usb_props), 482 .get_property = rk818_cg_usb_get_property, 483 };
对应驱动文件:drivers/power/rk818_battery.c
1017 static const struct power_supply_desc rk818_bat_desc = { 1018 .name = "battery", 1019 .type = POWER_SUPPLY_TYPE_BATTERY, 1020 .properties = rk818_bat_props, 1021 .num_properties = ARRAY_SIZE(rk818_bat_props), 1022 .get_property = rk818_battery_get_property, 1023 };
这里主要是实现给电源名字类型等赋初值,最主要是将get_property函数指向我们写好的可以得到电源的属性的函数的起始地址,以便当内核需要用到驱动的信息的时候进行回调。
2、通过power_supply_register(devm_power_supply_register最终也是调用power_supply_register)将所提供的电源进行注册,即把他们的属性写到sys文件系统里,使用户空间可以得到有关电源的信息。
489 cg->usb_psy = devm_power_supply_register(cg->dev, &rk818_usb_desc, 490 &psy_cfg);
power_supply_register调用内核提供的函数device_create()和power_supply_create_attrs来实现电源的注册,这里电源类型是usb。
3、Power Supply驱动程序头文件是kernel/include/linux/power_supply.h,注册和注销驱动程序的函数如下:
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; /*设备名称*/enum power_supply_type type; /* 类型 */enum power_supply_property *properties; /* 属性指针 */size_t num_properties; /*属性的数目*/char* *supplied_to;size_t num_supplicants;int (*get_property)(struct power_supply *psy, /*获得属性*/enum power_supply_property psp,union power_supply_propval *val);void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy);/* ...... 省略部分内容 */
内核主要通过get_property这个函数指针来获得驱动中的有关电池的信息,而这个函数在内核中只给出了声明,我们在写驱动的时候要自己实现这个函数,即将自己写的函数赋值给这个函数指针,当内核需要驱动中电源信息的时候就回调这个get_property函数。另外,我们写驱动程序的时候又要给用户提供接口,内核中提供给用户的接口就是sysfs,通过读取sysfs文件系统中文件内容,就可以得到电源的信息。内核主要通过两个文件power_supply_class.c 和power_supply_core.c,我们调用其中的函数就可以把电源(BATTERY,USB或AC)的信息展现给用户,有关电源的属性写在/sys/class/powersupply文件夹下(此文件夹为程序运行后所生成的)。
ac和usb只创建了一个online属性,上层通过判断ac和usb的online状态(1表示设备接入,0表示设备拔出)便可知道当前系统是由什么设备在充电了;而battery则创建了如status、health、present、capacity、batt_vol等等和电池相关的诸多属性,上层通过这些电池属性uevent便可监控电池的当前工作状态了。下面举例是battery,ac和usb同理。
955 static int rk818_battery_get_property(struct power_supply *psy, 956 enum power_supply_property psp, 957 union power_supply_propval *val) 958 { 959 struct rk818_battery *di = power_supply_get_drvdata(psy); 960 961 switch (psp) { 962 case POWER_SUPPLY_PROP_CURRENT_NOW: 963 val->intval = di->current_avg * 1000;/*uA*/ //获取电池电流 964 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL) 965 val->intval = VIRTUAL_CURRENT * 1000; 966 break; 967 case POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_NOW: 968 val->intval = di->voltage_avg * 1000;/*uV*/ //获取电池电压 969 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL) 970 val->intval = VIRTUAL_VOLTAGE * 1000; 971 break; 972 case POWER_SUPPLY_PROP_PRESENT: 973 val->intval = is_rk818_bat_exist(di); 974 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL) 975 val->intval = VIRTUAL_PRESET; 976 break; 977 case POWER_SUPPLY_PROP_CAPACITY: 978 val->intval = di->dsoc; //获取电池电量 979 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL) 980 val->intval = VIRTUAL_SOC; 981 DBG("<%s>. report dsoc: %d\n", __func__, val->intval); 982 break; 983 case POWER_SUPPLY_PROP_HEALTH: 984 val->intval = POWER_SUPPLY_HEALTH_GOOD; 985 break; 986 case POWER_SUPPLY_PROP_TEMP: 987 val->intval = di->temperature; 988 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL) 989 val->intval = VIRTUAL_TEMPERATURE; 990 break;
各能源设备属性概况如下(adb工具cat可以查看):
/sys/class/power_supply/ac/online AC 电源连接状态/sys/class/power_supply/usb/online USB电源连接状态/sys/class/power_supply/battery/status 充电状态/sys/class/power_supply/battery/health 电池状态/sys/class/power_supply/battery/present 使用状态/sys/class/power_supply/battery/capacity 电池 level/sys/class/power_supply/battery/batt_vol 电池电压/sys/class/power_supply/battery/batt_temp 电池温度/sys/class/power_supply/battery/technology 电池技术
当供电设备的状态或者电量发生变化后,会调用power_supply_changed(&battery_data->battery)更新这些文件;
//Send uevent.power_supply_changed(&battery_data->battery);
备注:
1、Uevent机制
Uevent是内核通知android有状态变化的一种方法,比如USB线插入、拔出,电池电量变化等等。其本质是内核发送(可以通过socket)一个字符串,应用层(android)接收并解释该字符串,获取相应信息。
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