Android 的电源管理也是很重要的一部分。比如在待机的时候关掉不用的设备，timeout之后的屏幕和键盘背光的关闭，用户操作的时候该打开多少设备等等，这些都直接关系到产品的待机时间，以及用户体验。在网上可以找到一篇到处转载的关于power management的文章http://blog.csdn.net/hzdysymbol/archive/2009/03/19/4004791.aspx，不过也是从上到下讲了下，比较注重底层如何应用。我这篇文章就只说说framework层的分析，以及如何根据需求来定制。
framework层主要有这两个文件：
frameworks\base\core\java\android\os\PowerManager.java
frameworks\base\services\java\com\android\server\PowerManagerService.java
其中PowerManager.java是提供给应用层调用的，最终的核心还是在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。里面函数和类比较多，就从对外和对内分两块来说。
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frameworks\base\services\java\com\android\server\WindowManagerService.java里面。WindowManagerService会把用户的点击屏幕，按键等作为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和其他一些获取电源状态的函数比如screenIsOn等等。
在说对内，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。
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一个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了。
如果要定制的话，比如需求是在timeout屏幕关掉之后还要再关掉一些外围设备等等，那就在TimeoutTask里面把屏幕关掉之后再加上关闭其他设备的代码就好了。即使新的状态需求完全和原来的不一样，用Handler应该也不难。逻辑理清了把代码摆在合适的地方就好了。
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.