Android电源管理之一：基础概览

总体上来说Android的电源管理，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：

The above picture shows the overall architecture design of Android power management module.Currently it only supports set screen on/off, screen backlight on/off, keyboard backlight on/off, button backlight on/off and adjust screen brightness.

The power management module has three channels to receive input: RPC call, Batter state change event and Power Setting change event. It communicated with other modules through either broadcasting intent or directly API call. The module also provide reboot and shutdown service. When battery is lower than thredshold, it will automatically shutdown the device.

The module will automatically set screen dim and off according to whether any user activity happens or not. The Sreen Module full state machine is shown as follows:

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：

（1）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。可以通过Context.getSystemService()方法来得到PowerManager类的实例。你通常需要使用的是newWakeLock()，它将创建一个PowerManager.WakeLock实例。该类对外的接口函数：

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

B，WakeLock newWakeLock(int flags, String tag);flags参数说明：

PARTIAL_WAKE_LOCK: 保持CPU运转，屏幕和键盘灯可能是关闭的

SCREEN_DIM_WAKE_LOCK: 保持CPU运转，允许保持屏幕显示但有可能是灰色的，允许关闭键盘灯

SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK: 保持CPU运转，允许保持屏幕高亮显示，允许关闭键盘灯

FULL_WAKE_LOCK:保持CPU运转，保持屏幕高亮显示，键盘灯也保持亮度。

在上面的flag上还可以再加上如下的2个flag，但是他们和PARTIAL_WAKE_LOCK组合没任何意义的。

ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP: 一旦有请求锁时强制打开Screen和keyboard light，典型的应用就是在收到一个重要的notifications时，需要马上点亮屏幕。

ON_AFTER_RELEASE: 在释放锁时reset activity timer

如果你hold了一个partial wakelock，那么CPU将一直运行（off timer会关掉），甚至在用户按下电源按钮。对于其他的wakelocks，CPU将继续运行，但是用户可以通过按下电源按钮来停止CPU的运行。我们可以创建多个锁，并hold它，即使对同一类型也如此，对于某类型的wakelock只要有一个被hold，那么它所对应的电源状态（illumination），就不会超时。

C，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。该函数主要就是用于通知系统有个user Activity发生了，when就是指user Activity发生的时间，该时间是基于SystemClock.uptimeMillis()；noChangeLights是指是否需要因为该user Activity而把Screen和Keyboard的Lights点亮。比如当我们按下power键要进行关屏的时候，就不需要点亮Screen和Keyboard的Lights，所以该参数为true。

综上，样例CODE：

         PowerManager pm = (PowerManager)getSystemService(Context.POWER_SERVICE);         PowerManager.WakeLock wl = pm.newWakeLock (PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK, “My Tag”);         wl.acquire();         …….   //screen will stay on during this action         wl.release();

需要注意的是：

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。

（2）Android Framework层面：

其主要代码文件如下:
frameworks/base/core/java/android/os/PowerManager.java //类被APP调用，控制电源设备状态切换等

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

frameworks/base/core/java/android/os/Power.java //4.0无
frameworks/base/core/jni/android_os_power.cpp //4.0无

hardware/libhardware/power/power.c

其中PowerManager.java是提供给应用层调用的，PowerManagerService.java才是核心；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。

PowerManagerService.java这个类的作用就是提供PowerManager的功能，以及整个电源管理状态机的运行，就从对外和对内分两块来说。

A，先说对外。PowerManagerService如何来进行电源管理，那就要有外部事件的时候去通知它，这个主要是在WindowManagerService.java里面。窗口管理会把用户的点击屏幕、按键，作为user activity事件来调用userActivity函数，PowerManagerService就会在userActivity里面判断事件类型作出反映，是点亮屏幕提供操作，还是完全不理会，或者只亮一下就关掉。供WindowManagerService调用的方法还有gotoSleep等等。

B，再说对内。作为对外接口的userActivity方法主要是通过setPowerState来完成功能。把要设置的电源状态比如开关屏幕背光什么的作为参数调用setPowerState，setPowerState先判断下所要的状态能不能完成，比如要点亮屏幕的话但是现在屏幕被lock了那就不能亮了，否则就可以调用Power.setScreenState(true)来透过jni跑到driver里面去点亮屏幕了。

C，而电源的状态循环则主要是通过Handler来实现的。PowerManagerService在init里面会启动一个HandlerThread后台消息循环来提供任务的延迟发送，就可以使用Handler来在定制推迟某一任务的执行时间，从而实现状态机的循环。

比如timeout，一段时间之后无操作要让屏幕变暗，然后关闭，反映在代码里如下：userActivity里面在调用setPowerState之后会用setTimeoutLocked来设置timeout。然后在setTimeoutLocked里面会根据当前的状态来计算下一个状态以及时间，判断完再调用mHandler.postAtTime(mTimeoutTask, when)来post一个TimeoutTask。这样在when毫秒后就会执行TimeoutTask。在TimeoutTask里面则根据设定的状态来调用setPowerState来改变电源状态，然后再设定新的状态，比如现在是把屏幕从亮改暗了，那就再用setTimeoutLocked(now, SCREEN_OFF)来等下把屏幕完全关掉。如果这次已经是把屏幕关了，那这轮的timeout状态循环就算是结束。

（3）Kernel层：

其提供的接口函数有：
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。

（4）状态机切换
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（LOGO处）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。

参考原文：http://blog.csdn.net/hzdysymbol/article/details/3956462

参考原文：http://blog.csdn.net/hzdysymbol/article/details/4004791

参考原文：http://blog.csdn.net/huanyufeng/article/details/5954064
参考原文：http://www.cnblogs.com/jacktu/archive/2010/07/07/1773011.html

参考原文：http://blog.csdn.net/hudashi/article/details/7056091

参考原文：http://blog.csdn.net/barnett_zhubo/article/details/6739333

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