电源

Android5.1--PowerManagerService电源管理

2019-07-14 00:50发布生成海报

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系统电源管理简介

Android电源管理概述

电源管理（PowerManager）在任何设备中都是最重要的组成部分之一，良好的电源管理方案可以达到节能、延长电池寿命、降低辐射、降温等目的。移动设备的电量主要有两种元件消耗：CPU和显示屏。设法降低这两种元件的耗电量就是电源管理的关键。为移动设备设计的CPU大都有两种工作频率，为了省电，大部分时间CPU都工作在较低的频率下，只有进行密集计算时，如视频解码，才会切换到高频状态。而显示屏省电的方法是尽量减少亮屏的时间，但是显示屏的开关和应用有很大的关系，因此，系统需要有一套机制来控制显示屏的开关和亮度，这是电源管理模块的主要工作之一。

Android电源管理组织架构

Android的电源管理主要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，整个系统的框架可以分为四个层次，分别是应用程序层、Framework层、硬件抽象层（HAL）和内核层。Android电源管理框架如图1-1所示。 l 应用层：这里所谓的应用层主要是指应用程序和其他使用电源管理的Service，包括但不限于以下Services: PowerManagerService、BatteryService、LightService等。 l 框架层：在Android框架层包含了对应用层接口的API调用以及电源的协调工作，主要包含PowerManager.java、PowerManagerService.java、com_android_server_PowerManagerService.cpp、Power.java、android_os_Power.cpp。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。PowerManager.java是提供给应用层调用的。android_os_power.cpp是jni交互文件。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。 l HAL层：该层只有一个Power.c文件，该文件通过sysfs的方式与kernel进行通信。主要功能有申请wake_lock，释放wake_lock，设置屏幕状态等。用户空间的native库绝不能直接调用Android电源管理（见下图）。绕过Android运行时的电源管理政策，将破坏该系统。所有对电源管理的调用应通过Android的PowerManagerAPI来完成。 l Kernel层：内核层的电源管理方案实现主要包含三部分： 1、Kernelpower：实现了系统电源管理框架机制。 2、Archarm(ormips or powerpc)mach-XXXpm.c：实现对特定板的处理器电源管理。 3、driverspower：是设备电源管理的基础框架，为驱动提供了电源管理接口。图1-1 Android电源管理框架图系统正常开机后，Brightness的亮度会设置成用户设定的亮度，系统Screen off timer开始计时，在计时时间到之前，如果有任何的userActivity事件发生，比如Touch click等事件，则将重新设置screen off timer，系统保持在Awake状态。如果应用程序在这段时间申请了Full wakelock，系统也将保持在Awake状态。在没有交互的情况下，首先进入到Awake状态，之后进入Dozing状态，最后进入Asleep状态。

电源管理服务--PowerManagerService

PowerManagerService是Android电源管理的核心服务，主要功能是控制系统的待机状态，控制显示屏的开关和亮度调节，以及查询和控制光线传感器和距离传感器等。PowerManagerService的启动流程如下图2-1所示。
图2-1PowerManagerService启动流程

初始化过程

PowerManagerService也是在SystemServer中创建并加入到ServiceManager中的，代码如下：

mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(
PowerManagerService.class);

调用SystemServiceManager的startService方法创建PowerManagerService对象并注册到ServiceManager中。PowerManagerService的构造方法代码如下：

public PowerManagerService(Context context) {
    super(context);
    mContext = context;
//创建处理消息的线程和Handler对象
    mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,
           Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false/*allowIo*/);
    mHandlerThread.start();
    mHandler = new PowerManagerHandler(mHandlerThread.getLooper());

    synchronized (mLock) {
        mWakeLockSuspendBlocker =createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WakeLocks");
        mDisplaySuspendBlocker =createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Display");
        mDisplaySuspendBlocker.acquire();
        mHoldingDisplaySuspendBlocker = true;
        mHalAutoSuspendModeEnabled = false;
        mHalInteractiveModeEnabled = true;

        mWakefulness = WAKEFULNESS_AWAKE;//设置PowerManagerService的状态

        nativeInit();
        nativeSetAutoSuspend(false);
        nativeSetInteractive(true);
    }
}

PowerManagerService的构造方法中首先创建了处理消息的线程和发送消息的PowerManagerHandler对象，接着创建了mWakeLockSuspendBlocker对象、mDisplaySuspendBlocker对象。变量mWakefulness的值被设置成WAKEFULNESS_AWAKE，它用来标示PowerManagerService的状态，一共有四种定义： l WAKEFULNESS_ASLEEP：表示系统当前处于休眠状态，只能被wakeUp()调用唤醒。 l WAKEFULNESS_AWAKE：表示系统目前处于正常运行状态。 l WAKEFULNESS_DREAMING：表示系统当前正处于播放屏保的状态。 l WAKEFULNESS_DOZING：表示系统正处于“doze”状态。这种状态下只有低耗电的“屏保”可以运行，其他应用进程都被挂起。最后，构造方法调用了nativeInit()方法，主要工作就是装载”Power”模块，之后调用模块的初始化函数init()。

系统准备工作—SystemReady方法

SystemServer创建PowerManagerService后，还会调用它的SystemReady()方法，相当于在系统准备就绪后对PowerManagerService再进行一些初始化工作。SystemReady()方法代码如下：

public void systemReady(IAppOpsService appOps) {
    synchronized (mLock) {
        mSystemReady = true;
        mAppOps = appOps;
        mDreamManager =getLocalService(DreamManagerInternal.class);//获取DreamManagerService对象
        mDisplayManagerInternal =getLocalService(DisplayManagerInternal.class);//DisplayManagerService
        mPolicy = getLocalService(WindowManagerPolicy.class);//WindowManagerPolicy
        mBatteryManagerInternal =getLocalService(BatteryManagerInternal.class);//BatteryService

//获取最小、最大、默认屏幕亮度
        。。。。。。
//创建SensorManager对象，用于和SensorService交互
        SensorManager sensorManager = new SystemSensorManager(mContext, mHandler.getLooper());

        mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();//获得BatteryStatsService的引用对象
        mNotifier = new Notifier(Looper.getMainLooper(), mContext, mBatteryStats,
                mAppOps,createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Broadcasts"),
                mPolicy);//创建Notifier对象

        mWirelessChargerDetector = new WirelessChargerDetector(sensorManager,
               createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WirelessChargerDetector"),
                mHandler);//创建检测无线充电的对象WirelessChargerDetector
        mSettingsObserver = new SettingsObserver(mHandler);//创建监听系统设置项变化的对象

        mLightsManager = getLocalService(LightsManager.class);//LightsManager对象
        mAttentionLight =mLightsManager.getLight(LightsManager.LIGHT_ID_ATTENTION);

        //初始化Power的管理模块
        mDisplayManagerInternal.initPowerManagement(
                mDisplayPowerCallbacks,mHandler, sensorManager);

        。。。。。。 //注册广播接收器
        。。。。。。//注册监听更多的settngs项的变化
        // Go.
        readConfigurationLocked();
        updateSettingsLocked();
        mDirty |= DIRTY_BATTERY_STATE;
        updatePowerStateLocked();
    }
}

systemReady()方法中通过调用getLocalService()方法得到一些在SystemServer中运行的内部服务的对象。在systemservice中也创建了一些内部使用的服务，这些服务没有通过ServiceManager发布，而是通过内部的LocalService类来管理。这些内部服务的共同特征是从SystemService类派生，通过getLocalService()方法可以获得参数关联的内部服务对象。 systemReady()方法完成的主要工作如下： l 获取最小、最大、默认3种屏幕亮度。 l 创建SystemSensorManager对象，用于和SensorService交互。 l 创建Notifer对象。用于广播系统中和Power相关的变化。 l 创建WirelessChargerDetector对象，用于无线充电检测的传感器。 l 调用DisplayManagerService的initPowerManagement()方法来初始化Power管理模块。 l 注册Observer监听系统设置的变化。 l 监听其他模块广播的Intent。PowerManagerService需要关注系统的变化，这里注册了很多系统广播的接收器。包括系统启动完成、“屏保”启动和关闭、用户切换、Dock插拔等。

报告用户活动—userActivity接口

PowerManager是PowerManagerService的代理类，它提供了一些接口让用户进程可以和PowerManagerService交互，下面分析一些接口来进一步了解PowerManagerService的工作。 userActivity()接口用于用户进程向PowerManagerService报告用户影响系统休眠的活动。例如，用户点击屏幕时，系统会调用该方法来告诉PowerManagerService用户点击的时间，这样PowerManagerService将更新内部保存的时间值，从而推迟系统休眠的时间。userActivity()方法主要通过调用内部的userActivityInternal()方法来完成工作，userActivity流程图如图2-2所示：图2-2 userActivity流程图具体代码如下：

   private void userActivityInternal(long eventTime, int event, int flags, int uid) {
    synchronized (mLock) {
        if (userActivityNoUpdateLocked(eventTime, event, flags, uid)) {
            updatePowerStateLocked();
        }
    }
}

userActivityInternal()先调用了userActivityNoUpdateLocked()方法，然后再调用updatePowerStateLocked()方法。userActivityNoUpdateLocked()方法只是把参数保存到内部变量中，并不会采取任何动作，而PowerManagerService中核心的方法是updatePowerStateLocked()。我们先看下userActivityNoUpdateLocked()方法：

private boolean userActivityNoUpdateLocked(longeventTime,intevent,intflags,intuid) {
    if (eventTime< mLastSleepTime || eventTime < mLastWakeTime
            || !mBootCompleted ||!mSystemReady) {
        return false;
    }

   Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_POWER, "userActivity");
    try {
        if (eventTime> mLastInteractivePowerHintTime) {
           powerHintInternal(POWER_HINT_INTERACTION, 0);//powerHintInternal是通过JNI调用底层函数，将cpu频率提高等等
            mLastInteractivePowerHintTime= eventTime;//记录时间
        }

        mNotifier.onUserActivity(event,uid);//发出通知

        if (mWakefulness== WAKEFULNESS_ASLEEP
                || mWakefulness ==WAKEFULNESS_DOZING
                || (flags &PowerManager.USER_ACTIVITY_FLAG_INDIRECT) != 0) {
            return false;
        }//如果系统处于休眠或doze模式，返回

        if ((flags& PowerManager.USER_ACTIVITY_FLAG_NO_CHANGE_LIGHTS) !=0){
            if (eventTime> mLastUserActivityTimeNoChangeLights
                    && eventTime> mLastUserActivityTime) {
               mLastUserActivityTimeNoChangeLights = eventTime;//记录时间
                mDirty |=DIRTY_USER_ACTIVITY;
                return true;
            }
        } else {
            if (eventTime> mLastUserActivityTime) {
                mLastUserActivityTime =eventTime;//记录时间
                mDirty |=DIRTY_USER_ACTIVITY;
                return true;
            }
        }
    } finally {
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_POWER);
    }
    return false;
}

userActivityNoUpdateLocked()方法主要的工作是更新几个内部变量。其中mLastUserActivityTime变量和mLastUserActivityTimeNoChangeLights变量用来记录调用userActivity()方法的时间，mDirty用来记录用户的操作类型，这些变量的值在updatePowerStateLocked()方法中将会作为是否要执行睡眠或唤醒操作的依据。

强制系统进入休眠模式—gotoSleep接口

gotoSleep()接口用来强制系统进入休眠模式。通常当系统一段时间无人操作后，系统将调用gotoSleep()接口来进入休眠模式。大体流程如下：图2-3 gotoSleep流程 PowerManagerService的gotoSleep()接口主要是调用内部方法goToSleepInternal()来完成其功能。如下： private void goToSleepInternal(longeventTime,intreason,int flags,intuid) {
    synchronized (mLock) {
        if (goToSleepNoUpdateLocked(eventTime,reason, flags, uid)) {
            updatePowerStateLocked();
        }
    }
} goToSleepInternal()代码的结构和前面的userActivity类似，都是先调用一个内部方法，然后再调用updatePowerStateLocked()方法，我们先看下goToSleepNoUpdateLocked()方法，如下： private boolean goToSleepNoUpdateLocked(longeventTime,intreason,intflags,intuid) {
    try {
        switch (reason){
            case PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_DEVICE_ADMIN:
                Slog.i(TAG, "Going to sleep due to deviceadministration policy "
                        + "(uid "+ uid +")...");
                break;
            case PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_TIMEOUT:
                Slog.i(TAG, "Going to sleep due to screen timeout(uid "+ uid +")...");
                break;
            case PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_LID_SWITCH:
                Slog.i(TAG, "Going to sleep due to lid switch (uid"+ uid +")...");
                break;
            case PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_POWER_BUTTON:
                Slog.i(TAG, "Going to sleep due to power button (uid"+ uid +")...");
                break;
            case PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_HDMI:
                Slog.i(TAG, "Going to sleep due to HDMI standby (uid"+ uid +")...");
                break;
            default:
                Slog.i(TAG, "Going to sleep by application request(uid "+ uid +")...");
                reason =PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_APPLICATION;
                break;
        }
        //修改成员变量的值
        mLastSleepTime = eventTime;
        mSandmanSummoned = true;
       setWakefulnessLocked(WAKEFULNESS_DOZING, reason);//设置mWakefulness的值

        // Report the number of wake locks that will be clearedby going to sleep.
        int numWakeLocksCleared=0;
        final int numWakeLocks= mWakeLocks.size();
        for (inti =0; i < numWakeLocks; i++) {
            final WakeLockwakeLock = mWakeLocks.get(i);
            switch (wakeLock.mFlags& PowerManager.WAKE_LOCK_LEVEL_MASK) {
                case PowerManager.FULL_WAKE_LOCK:
                case PowerManager.SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK:
                case PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK:
                    numWakeLocksCleared+= 1;
                    break;
            }
        }
       EventLog.writeEvent(EventLogTags.POWER_SLEEP_REQUESTED,numWakeLocksCleared);//打印Eventlog

        // Skip dozing if requested.
        if ((flags& PowerManager.GO_TO_SLEEP_FLAG_NO_DOZE) !=0) {
           reallyGoToSleepNoUpdateLocked(eventTime, uid);
        }
    } finally {
       Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_POWER);
    }
    return true;
} goToSleepNoUpdateLocked()只是发送了将要休眠的通知，然后修改了成员变量mDirty、mLastSleepTime、mWakefulness的值。更多的实际工作还是在updatePowerStateLocked()方法中完成。

三、控制系统的休眠机制

Android设备的休眠和唤醒主要基于WakeLock机制。WakeLock是一种上锁机制，只要有进程获得了WakeLock锁系统就不会进入休眠。例如，在下载文件或播放音乐时，即使休眠时间到了，系统也不能进行休眠。WakeLock可以设置超时，超时后会自动解锁。应用使用WakeLock功能前，需要先使用new WakeLock()接口创建一个WakeLock类对象，然后调用它的acquire()方法禁止系统休眠，应用完成工作后调用release()方法来恢复休眠机制，否则系统将无法休眠，直到耗光所有电量。 WakeLock类中实现acquire()和release()方法实际上是调用了PowerManagerService的acquireWakeLock()和releaseWakeLock()方法。

1、PMS中WakeLock相关接口

acquireWakeLock()方法检查完权限后，调用了内部方法acquireWakeLockInternal()方法，如下： private void acquireWakeLockInternal(IBinder lock,intflags, String tag, String packageName,
        WorkSource ws, String historyTag,int uid, int pid) {
    synchronized (mLock) {
        if(mBlockedUids.contains(newInteger(uid)) && uid != Process.myUid()) {         WakeLock wakeLock;
        int index= findWakeLockIndexLocked(lock);//检查这个lock是否已经存在
        boolean notifyAcquire;
        if (index>= 0){//lock已经存在
            wakeLock = mWakeLocks.get(index);
            if (!wakeLock.hasSameProperties(flags,tag, ws, uid, pid)) {
                notifyWakeLockChangingLocked(wakeLock, flags, tag,packageName,
                        uid, pid, ws,historyTag);
               wakeLock.updateProperties(flags, tag, packageName, ws, historyTag, uid,pid);
            }
            notifyAcquire = false;
        } else {
            wakeLock = new WakeLock(lock, flags, tag, packageName, ws, historyTag,uid, pid);
            try {
               lock.linkToDeath(wakeLock, 0);
            } catch (RemoteExceptionex) {
                throw new IllegalArgumentException("Wake lock is already dead.");
            }
            mWakeLocks.add(wakeLock);//将新建的WakeLock对象加入到mWakeLocks中
            notifyAcquire = true;
        }

       applyWakeLockFlagsOnAcquireLocked(wakeLock, uid);
        mDirty |= DIRTY_WAKE_LOCKS;
        updatePowerStateLocked();
        if (notifyAcquire){
             notifyWakeLockAcquiredLocked(wakeLock);
        }
    }
} acquireWakeLockInternal()方法的主要工作是创建WakeLock对象并加入到mWakeLocks列表中，这个列表中包含了所有WakeLock对象。但是如果mWakeLocks列表中已经存在具有相同token的WakeLock对象，则只更新其属性值，不会再创建对象，这个token是用户进程调用gotoSleep时传递的参数：用户进程中WakeLock对象。创建或更新WakeLock对象后，接下来调用applyWakeLockFlagsOnAcquireLocked()方法，这个方法只是调用了wakeUpNoUpdateLocked方法，如下： private boolean wakeUpNoUpdateLocked(longeventTime,intuid) {
    if (YulongFeature.FEATURE_POWERKEY_FORCE_SCREENON) {
        if (eventTime< mLastSleepTime
                || (mWakefulness ==WAKEFULNESS_AWAKE && mProximityPositive != true)
                || !mBootCompleted ||!mSystemReady) {
            return false;
       }
     } else {
               if (eventTime < mLastSleepTime || mWakefulness ==WAKEFULNESS_AWAKE
               || !mBootCompleted ||!mSystemReady) {
               return false;
            }
     }
    if (YulongFeature.FEATURE_POWERKEY_FORCE_SCREENON) {
        if (mProximityPositive==true) {
           mDisplayManagerInternal.setPowerKeyState(1);
        }
    }

    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_POWER, "wakeUp");
    try {
        switch (mWakefulness){
            case WAKEFULNESS_ASLEEP:
                Slog.i(TAG, "Waking up from sleep (uid "+ uid +")...");
                break;
            case WAKEFULNESS_DREAMING:
                Slog.i(TAG, "Waking up from dream (uid "+ uid +")...");
                break;
            case WAKEFULNESS_DOZING:
                Slog.i(TAG, "Waking up from dozing (uid "+ uid +")...");
                break;
        }

        mLastWakeTime = eventTime;
        setWakefulnessLocked(WAKEFULNESS_AWAKE,0);

        userActivityNoUpdateLocked(
                eventTime,PowerManager.USER_ACTIVITY_EVENT_OTHER, 0,uid);
    } finally {
       Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_POWER);
    }
    return true;
} 在这个方法中主要是设置mLastWakeTime、mWakefulness，最后调用userActivityNoUpdateLocked方法设置mLastUserActivityTime的值。我们将acquireWakeLock()方法的流程图简单概括如下：图3-1 acquireWakeLock流程图我们再看下PMS的releaseWakeLock()接口，这个接口也是调用PMS的releaseWakeLockInternal()方法，如下： private void releaseWakeLockInternal(IBinder lock,intflags) {
    synchronized (mLock) {
        int index= findWakeLockIndexLocked(lock);
        if (index< 0){
            return;
        }

        if ((flags& PowerManager.RELEASE_FLAG_WAIT_FOR_NO_PROXIMITY) !=0){
           mRequestWaitForNegativeProximity = true;
        }

       wakeLock.mLock.unlinkToDeath(wakeLock, 0);
        removeWakeLockLocked(wakeLock,index);
    }
} releaseWakeLockInternal()方法首先查找lock在mWakeLocks中的index，然后从mWakeLocks中得到WakeLock对象，最后调用removeWakeLockLocked方法，如下： private void removeWakeLockLocked(WakeLock wakeLock,intindex) {
    mWakeLocks.remove(index);
   notifyWakeLockReleasedLocked(wakeLock);

   applyWakeLockFlagsOnReleaseLocked(wakeLock);
    mDirty |= DIRTY_WAKE_LOCKS;
    updatePowerStateLocked();
} removeWakeLockLocked方法首先从mWakeLocks中移除WakeLock对象并发出通知，接着调用applyWakeLockFlagsOnReleaseLocked()，这个方法中只是调用userActivityNoUpdateLocked()方法来把mLastUserActivityTime更新为当前时间，这样当休眠时间到时，系统就会休眠。

2、WakeLock的native层实现

我们先回到PowerManagerService的构造方法中，看看是如何创建两个变量mWakeLockSuspendBlocker和mDisplaySuspendBlocker的。 mWakeLockSuspendBlocker= createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WakeLocks");
mDisplaySuspendBlocker = createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Display"); 从代码中可以看出这两个变量都是调用createSuspendBlocker()方法创建的，只是参数不同，一个是PowerManagerService.WakeLocks，一个是PowerManagerService.Display；方法代码如下： private SuspendBlocker createSuspendBlockerLocked(String name) {
    SuspendBlocker suspendBlocker = new SuspendBlockerImpl(name);
    mSuspendBlockers.add(suspendBlocker);
    return suspendBlocker;
} createSuspendBlockerLocked()方法创建了一个SuspendBlockerImpl对象并返回，因此mWakeLockSuspendBlocker和mDisplaySuspendBlocker变量的类型应该是SuspendBlockerImpl。我们看下它的acquire()和release()方法，流程图如下所示。图3-2 acruire()方法流程图详细代码如下： public void acquire() {
    synchronized (this) {
        mReferenceCount+= 1;
        if (mReferenceCount == 1) {
           Trace.asyncTraceBegin(Trace.TRACE_TAG_POWER, mTraceName, 0);
           nativeAcquireSuspendBlocker(mName);
        }
    }
}

@Override
public void release() {
    synchronized (this) {
        mReferenceCount-= 1;
        if (mReferenceCount == 0) {
           nativeReleaseSuspendBlocker(mName);
           Trace.asyncTraceEnd(Trace.TRACE_TAG_POWER, mTraceName, 0);
        } else if (mReferenceCount <0) {
            mReferenceCount = 0;
        }
    }
} SuspendBlockerImpl类中维护了一个计数器，调用acquire()方法时计数器加1，当计数器的值为1时，调用nativeAcquireSuspendBlocker()方法。调用release()方法时计数器减1，当计数器的值为0时，调用nativeReleaseSuspendBlocked()方法。调用的native层的函数中又分别调用了acquire_wake_lock()函数和release_wake_lock()函数，其实现如下：从上面两个函数的实现可以看到，都是通过向不同的驱动文件中写数据来实现其功能。这里写的数据就是前面构造方法中创建变量时传递的参数“PowerManagerService.WakeLocks”和“PowerManagerService.Display”。那么acquire()和release()中使用的文件设备句柄是如何创建的呢？看下initialize_fds()函数，如下： Initialize_fds()函数先打开NEW_PATHS数组中的文件，不成功再打开OLD_PATHS数组中的设备文件。因此，Android实现防止系统休眠的功能是通过向设备文件“sys/power/wake_lock”中写数据来完成的，如果写的是“PowerManagerService.WakeLocks”，系统将不能进入休眠状态，但是屏幕会关闭；如果写的是“PowerManagerService.Display”，则屏幕不会关闭。如果系统要恢复休眠，再向设备文件“sys/power/wake_unlock”中写入同样的字符串就OK了。

3、理解updatePowerStateLocked方法

private void updatePowerStateLocked() {
    if (!mSystemReady|| mDirty ==0) {
        return;
    }
   Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_POWER, "updatePowerState");
    try {
        // Phase 0:更新基本状态
        updateIsPoweredLocked(mDirty);//更新mIsPowered、mPlugType、mBatteryLevel
        updateStayOnLocked(mDirty);//更新mStayOn
       updateScreenBrightnessBoostLocked(mDirty);

        // Phase 1: 更新wakefulness
        // Loop because the wake lock anduser activity computations are influenced
        // by changes in wakefulness.
        final long now= SystemClock.uptimeMillis();
        int dirtyPhase2= 0;
        for (;;) {
            int dirtyPhase1= mDirty;
            dirtyPhase2 |= dirtyPhase1;
            mDirty = 0;

           updateWakeLockSummaryLocked(dirtyPhase1);//更新mWakeLockSummary
           updateUserActivitySummaryLocked(now, dirtyPhase1);//更新mUserActivitySummary的值
            if (!updateWakefulnessLocked(dirtyPhase1)){//更新mWakefulness的值
                break;
            }
        }

        // Phase 2: Update display power state.更新显示设备状态；确定屏幕状态和亮度，并设置到DisplayPowerController对象中。
        booleandisplayBecameReady= updateDisplayPowerStateLocked(dirtyPhase2);

        // Phase 3: Update dream state (depends on display readysignal).
        updateDreamLocked(dirtyPhase2, displayBecameReady);//更新屏保状态，是否启动屏保         // Phase 4: Send notifications, if needed.发送通知
        if(mDisplayReady){
           finishWakefulnessChangeLocked();
        }

       // Phase 5:Update suspend blocker.
        updateSuspendBlockerLocked();
    } finally {
       Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_POWER);
    }
} （1）首先调用updateIsPoweredLocked()方法，这个方法主要是通过调用BatteryService的接口来更新几个成员变量的值，如下： mIsPowered =mBatteryManagerInternal.isPowered(BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_ANY);
mPlugType = mBatteryManagerInternal.getPlugType();
mBatteryLevel = mBatteryManagerInternal.getBatteryLevel();
mBatteryLevelLow = mBatteryManagerInternal.getBatteryLevelLow(); mIsPowered表示是否在充电，mPlugType表示充电的类型，mBatteryLevel表示当前电池电量的等级。（2）调用updateStayOnLocked()方法来更新变量mStayOn的值，mStayOn如果为true，屏幕将保持长亮状态。在Setting中可以设置充电时屏幕长亮，如果Setting中设置了该选项，updateStayOnLocked()函数中如果检测到正在充电，会将mStayOn的值设为true。（3）接着调用updateScreenBrightnessBoostLocked()方法，这是Android5.1新增加的方法。 DIRTY_SCREEN_BRIGHTNESS_BOOST是5.1新增加的，表示屏幕亮度提高的状态；（4）接下来是一个无限for循环，其实这个for循环，最多两次就结束了，后面分析。我们先来看看在循环中调用的updateWakeLockSummaryLocked()方法，这个方法的主要作用是根据PowerManagerService中所有的WakeLock对象的类型，计算一个最终的类型集合，并保存在变量mWakeLockSummary中。不管系统中一共创建了多少个WakeLock对象，一个就足以阻止系统休眠，因此，这里把所有WakeLock对象的状态总结后放到一个变量中。应用在创建WakeLock对象时，会指定对象的类型，这个类型将作为参数传递到PowerManagerService中。WakeLock类型有： PARTIAL_WAKE_LOCK FULL_WAKE_LOCK SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK SCREEN_DIM_WAKE_LOCK PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK：Android5.0新增锁，这个类型并不是用来阻止系统进入休眠，而是用来打开距离传感器控制屏幕开关的功能。如果应用持有这种类型的WakeLock，当距离传感器被遮挡时，屏幕将会关闭。 DOZE_WAKE_LOCK：Android5.0新增锁，这个类型用来让屏保管理器实现doze模式。（5）updateUserActivitySummaryLocked()方法，这个方法根据最后一次调用userActivity()方法的时间，计算现在是否可以将表示屏幕状态的变量mUserActivitySummary的值设为SCREEN_STATE_DIM或SCREEN_STATE_OFF。如果时间还没到，则发送一个定时消息MSG_USER_ACTIVITY_TIMEOUT。当处理消息的时间到了以后，会在消息的处理方法handleUserActivityTimeout()中重新调用updatePowerStateLocked()方法，再次调用updatePowerStateLocked方法时，会根据当前状态重新计算mUserActivitySummary的值。（6）updateWakefulnessLocked()方法，这个方法是结束循环的关键。如果它的返回值是true，表示PowerManagerService的状态发生了变化，将继续循环，然后重新调用前面的两个方法updateWakelockSummaryLocked()和updateUserActivitySummaryLocked()方法来更新状态。而第二次调用updateWakefulnessLocked方法时通常会返回false，跳出循环。 private boolean updateWakefulnessLocked(intdirty) {
    boolean changed = false;
    if ((dirty & (DIRTY_WAKE_LOCKS |DIRTY_USER_ACTIVITY | DIRTY_BOOT_COMPLETED
            | DIRTY_WAKEFULNESS |DIRTY_STAY_ON | DIRTY_PROXIMITY_POSITIVE
            | DIRTY_DOCK_STATE)) != 0) {
        if (mWakefulness == WAKEFULNESS_AWAKE &&isItBedTimeYetLocked()) {
            if (DEBUG_SPEW) {
                Slog.d(TAG, "updateWakefulnessLocked: Bedtime...");
            }
            final long time = SystemClock.uptimeMillis();
            if (shouldNapAtBedTimeLocked()) {
                changed =napNoUpdateLocked(time, Process.SYSTEM_UID);
            } else {
                changed =goToSleepNoUpdateLocked(time,
                       PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_TIMEOUT, 0, Process.SYSTEM_UID);
            }
        }
    }
    return changed;
} updateWakefulnessLocked方法中首先判断dirty的值，如果是第一次调用，这个条件很容易满足。注意第二个if语句的判断条件，mWakefulness为WAKEFULNESS_AWAKE并且isItBedTimeYetLocked()方法返回true时才会执行，否则方法结束并返回false，返回false时就会跳出循环。我们先假定调用的时候mWakefulness为WAKEFULNESS_AEAKE，下面看看isItBedTimeYetLocked方法什么情况下返回true。 private boolean isItBedTimeYetLocked() {
    return mBootCompleted &&!isBeingKeptAwakeLocked();
} private boolean isBeingKeptAwakeLocked() {
    return mStayOn
            || mProximityPositive
            || (mWakeLockSummary &WAKE_LOCK_STAY_AWAKE) != 0
            || (mUserActivitySummary &(USER_ACTIVITY_SCREEN_BRIGHT
                    |USER_ACTIVITY_SCREEN_DIM)) != 0
            || mScreenBrightnessBoostInProgress;
} 我们看下isBeingKeptAwakeLocked()方法，如果系统目前不能睡眠，这个方法返回true，这几个变量正是前面方法中设置的判断系统是否能够睡眠的变量。因此，isItBedTimeYetLocked方法只有在系统能够进入睡眠的情况下才会返回true。我们回到updateWakefulnessLocked方法中，假如系统能够睡眠，接下来将调用方法shouldNapAtBedTimeLocked()，这个方法将检查系统有没有设置睡眠时间到启动屏保或者插在Dock上启动屏保。如果设置了将调用napNoUpdateLocked方法，如果没有设置则调用goToSleepnoUpdateLocked方法。我们看下napNoUpdateLocked方法： private boolean napNoUpdateLocked(longeventTime,int uid) {
      if (eventTime < mLastWakeTime ||mWakefulness != WAKEFULNESS_AWAKE
            || !mBootCompleted ||!mSystemReady) {
        return false;
    }

   Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_POWER, "nap");
    try {
        mSandmanSummoned = true;
        setWakefulnessLocked(WAKEFULNESS_DREAMING,0);
    } finally {
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_POWER);
    }
    return true;
} private void setWakefulnessLocked(intwakefulness,int reason) {
    if (mWakefulness != wakefulness) {
        finishWakefulnessChangeLocked();

        mWakefulness = wakefulness;
        mWakefulnessChanging = true;
        mDirty |= DIRTY_WAKEFULNESS;
       mNotifier.onWakefulnessChangeStarted(wakefulness, reason);
    }
} 从上面代码中可以看到，如果if语句中4项表达式有一项为true，则返回false。但是如果是循环中第一次调用该方法，则4项正常情况下都为false，不会执行到这里。这样就会继续向下执行，就会改变mDirty和mWakefulness的值。mWakefulness的值既然改变了，当循环中第二次调用到该方法时，就会返回false，这样就结束了updatePowerStateLocked方法中的循环。（7）结束循环后，接着调用updateDisplayPowerStateLocked()方法。这个方法的主要作用就是根据更新后的mUserActivitySummary的值来确定屏幕的状态和亮度，并设置到DisplayPowerController对象中。（8）updateDreamLocked()方法，用来启动屏保。（9）updateSuspendBlockerLocked()方法。来决定系统是休眠还是唤醒。

4、管理显示设备

在更新电源状态的updatePowerStateLocked()方法中，我们看到调用了updateDisplayPowerStateLocked()方法，该方法的主要作用就是更新PowerManagerService中表示显示屏状态的变量mDisplayPowerRequest，以及重新确定屏幕的亮度。注意在这个方法的结尾处调用了mDisplayPowerController的requestPowerState()方法，这个方法的返回值会赋值给mDisplayReady，如果mDisplayReady为false，屏幕是不会关闭的。这里我们先看下requestPowerState()方法是怎样被调用的，流程图如下：图3-4 显示控制流程具体代码如下： public boolean requestPowerState(DisplayPowerRequest request,
        boolean waitForNegativeProximity) {
    synchronized (mLock) {
        boolean changed = false;
        //如果和近距离传感器相关的变量发生变化，则将change设为true
        if (waitForNegativeProximity
                &&!mPendingWaitForNegativeProximityLocked) {
           mPendingWaitForNegativeProximityLocked = true;
            changed = true;
        } //使用参数更新mPendingRequestLocked对象，如果两者不相同，则将change设为true
        if(mPendingRequestLocked ==null) {
            mPendingRequestLocked = new DisplayPowerRequest(request);
            changed = true;
        } else {
            if (!mPendingRequestLocked.equals(request)) {
               mPendingRequestLocked.copyFrom(request);
                changed = true;
            }
        }
        if(changed) {//如果chenge为true，将mDisplayReadyLocked设为false
            mDisplayReadyLocked = false;
        }

        if (changed &&!mPendingRequestChangedLocked) {
            mPendingRequestChangedLocked= true;
            sendUpdatePowerStateLocked();//发送消息
        }

        return mDisplayReadyLocked;//返回mDisplayReadyLocked
    }
} 从上面代码中可以看到，requestPowerState()方法会将参数request和waitForNegativeProximity与DisplayPowerController对象中已有的值比较，如果不同，则更新DisplayPowerController对象中的值，然后返回mDisplayReadyLocked的值，此时为false。这就意味着，如果屏幕状态发生了变化，即使这种变化是要求关闭屏幕，也不会在updateSyspendBlockerLocked()方法中立即关闭屏幕，那么这个关闭屏幕的操作在什么地方呢？在requestPowerState()方法中最后会调用sendUpdatePowerStateLocked()方法，发送MSG_UPDATE_POWER_STATE消息，消息的处理方法是updatePowerStateLocked()，这个方法的主要作用是开始播放各种打开或关闭屏幕的动画，或者屏幕变亮或变暗的动画，之后才会将mDisplayReadyLocked设为true，这样屏幕就能关闭了。 private void updatePowerState() {
    // 。。。。。。播放动画     // Notify the power manager when ready.
    if (ready && mustNotify) {
        // Send state change.
        synchronized (mLock) {
            if (!mPendingRequestChangedLocked) {
                mDisplayReadyLocked = true;//将mDisplayReadyLocked设为true
            }
        }
        sendOnStateChangedWithWakelock();//发送通知
    }
} updatePowerState()方法最后会调用sendOnStateChangedWithWakelock()方法来发送消息，如下： private void sendOnStateChangedWithWakelock() {
    mCallbacks.acquireSuspendBlocker();
    mHandler.post(mOnStateChangedRunnable);
}

private final Runnable mOnStateChangedRunnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        mCallbacks.onStateChanged();
        mCallbacks.releaseSuspendBlocker();
    }
}; mCallbacks在PowerManagerService中定义了Callback方法，如下： private final DisplayManagerInternal.DisplayPowerCallbacks mDisplayPowerCallbacks =
        new DisplayManagerInternal.DisplayPowerCallbacks(){
    @Override
    public void onStateChanged() {
        synchronized (mLock) {
            mDirty |=DIRTY_ACTUAL_DISPLAY_POWER_STATE_UPDATED;
            updatePowerStateLocked();
        }
    } 在onStateChanged()方法中又调用了updatePowerStateLocked()方法，重新开始处理Power系统的状态更新。

四、电池管理服务

1、概述

Android的电池管理功能用于管理电池的充、放电功能。整个电池管理的部分包括Linux电池驱动、Android电池服务、电池属性和参数、电池曲线优化四个部分。 Linux电池驱动用户和PMIC交互、负责监听电池产生的相关事件，例如低电报警、电量发生变化、高温报警、USB插拔等。 Android电池服务，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。整个电池系统的工作流程，即从底层向Framework层上报数据的流程如下：

2、电池服务

1）、电池服务的启动和运行流程：

2）、Android电池服务的源码结构
        Frameworkaseservicesjavacomandroidserver
        ├── SystemServer.java
                创建BatteryServices、PowerManagerService、ActivityManagerService
        ├── BatterySevices.java
                监听底层上报的battery事件，广播电池发生改变的消息 Frameworkaseservicesjavacomandroidserveram
        ├── ActivityManagerService.java
                创建BatteryStatsService
        ├── BatteryStatsService.java
                统计和记录电池参数的信息 Frameworkaseservicesjavacomandroidserverpower
        ├── 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 Frameworkasecorejavacominternalos
        ├── BatteryStatsImpl.java
                统计和记录电池参数的信息，并通知其他模块 Systemcorehealthd
        ├── 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

3、BatteryService类的作用

在PowerManagerService中调用了BatteryService类的一些接口来获得电池的状态，下面来看看BatteryService是如何获得电池状态数据的。 public BatteryService(Context context) {
    super(context);
    mBatteryStats =BatteryStatsService.getService();//获得BatteryStatsService对象 //读取系统设定的各种低电量报警值
   // 监听设备文件：无效的充电设备
    if(newFile("/sys/devices/virtual/switch/invalid_charger/state").exists()) {
       mInvalidChargerObserver.startObserving(
                "DEVPATH=/devices/virtual/switch/invalid_charger");
    }
} publicvoid onStart() {
    IBinder b =ServiceManager.getService("batteryproperties");
    final IBatteryPropertiesRegistrarbatteryPropertiesRegistrar =
           IBatteryPropertiesRegistrar.Stub.asInterface(b);
    try {
       batteryPropertiesRegistrar.registerListener(newBatteryListener());
    } catch (RemoteException e) {
        // Should never happen.
    } 1、BatteryService的构造方法首先获得BatteryStatsService的对象，BatteryStatsService主要的功能是收集系统中各个模块和进程的耗电情况。通过BatteryStatsService记录的数据，可以找到耗电量大的模块然后进行分析加以改进。 2、接下来读取了系统设定的各种低电量报警值，如下： l mCriticalBatteryLevel：表示电量严重不足时的值，低于这个值系统将关闭； l mLowBatteryWarningLevel：表示电量不足时的值，低于这个值系统将发出警告； l mLowBatteryCloseWarningLevel：表示停止电量不足警告

Android5.1--PowerManagerService电源管理

系统电源管理简介

Android电源管理概述

Android电源管理组织架构

电源管理服务--PowerManagerService

初始化过程

系统准备工作—SystemReady方法

报告用户活动—userActivity接口

强制系统进入休眠模式—gotoSleep接口

三、控制系统的休眠机制

1、PMS中WakeLock相关接口

2、WakeLock的native层实现

3、理解updatePowerStateLocked方法

4、管理显示设备

四、电池管理服务

1、概述

2、电池服务

1）、电池服务的启动和运行流程：

3、BatteryService类的作用

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