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： [java] view plain copy

1. mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(  
2. 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： [java] view plain copy

1. public PowerManagerService(Context context) {  
2.     super(context);  
3.     mContext = context;  
4. //创建处理消息的线程和Handler对象  
5.     mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,  
6.            Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false/*allowIo*/);  
7.     mHandlerThread.start();  
8.     mHandler = new PowerManagerHandler(mHandlerThread.getLooper());  
9.   
10.     synchronized (mLock) {  
11.         mWakeLockSuspendBlocker =createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WakeLocks");  
12.         mDisplaySuspendBlocker =createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Display");  
13.         mDisplaySuspendBlocker.acquire();  
14.         mHoldingDisplaySuspendBlocker = true;  
15.         mHalAutoSuspendModeEnabled = false;  
16.         mHalInteractiveModeEnabled = true;  
17.   
18.         mWakefulness = WAKEFULNESS_AWAKE;//设置PowerManagerService的状态  
19.   
20.         nativeInit();  
21.         nativeSetAutoSuspend(false);  
22.         nativeSetInteractive(true);  
23.     }  
24. }  

         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： [java] view plain copy

1. public void systemReady(IAppOpsService appOps) {  
2.     synchronized (mLock) {  
3.         mSystemReady = true;  
4.         mAppOps = appOps;  
5.         mDreamManager =getLocalService(DreamManagerInternal.class);//获取DreamManagerService对象  
6.         mDisplayManagerInternal =getLocalService(DisplayManagerInternal.class);//DisplayManagerService  
7.         mPolicy = getLocalService(WindowManagerPolicy.class);//WindowManagerPolicy  
8.         mBatteryManagerInternal =getLocalService(BatteryManagerInternal.class);//BatteryService  
9.   
10. //获取最小、最大、默认屏幕亮度  
11.         。。。。。。  
12. //创建SensorManager对象，用于和SensorService交互  
13.         SensorManager sensorManager = new SystemSensorManager(mContext, mHandler.getLooper());  
14.   
15.         mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();//获得BatteryStatsService的引用对象  
16.         mNotifier = new Notifier(Looper.getMainLooper(), mContext, mBatteryStats,  
17.                 mAppOps,createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Broadcasts"),  
18.                 mPolicy);//创建Notifier对象  
19.   
20.         mWirelessChargerDetector = new WirelessChargerDetector(sensorManager,  
21.                createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WirelessChargerDetector"),  
22.                 mHandler);//创建检测无线充电的对象WirelessChargerDetector  
23.         mSettingsObserver = new SettingsObserver(mHandler);//创建监听系统设置项变化的对象  
24.   
25.         mLightsManager = getLocalService(LightsManager.class);//LightsManager对象  
26.         mAttentionLight =mLightsManager.getLight(LightsManager.LIGHT_ID_ATTENTION);  
27.   
28.         //初始化Power的管理模块  
29.         mDisplayManagerInternal.initPowerManagement(  
30.                 mDisplayPowerCallbacks,mHandler, sensorManager);  
31.   
32.         。。。。。。 //注册广播接收器  
33.         。。。。。。//注册监听更多的settngs项的变化  
34.         // Go.  
35.         readConfigurationLocked();  
36.         updateSettingsLocked();  
37.         mDirty |= DIRTY_BATTERY_STATE;  
38.         updatePowerStateLocked();  
39.     }  
40. }  

       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： [java] view plain copy

1.    private void userActivityInternal(long eventTime, int event, int flags, int uid) {  
2.     synchronized (mLock) {  
3.         if (userActivityNoUpdateLocked(eventTime, event, flags, uid)) {  
4.             updatePowerStateLocked();  
5.         }  
6.     }  
7. }  

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： [java] view plain copy

1. private boolean userActivityNoUpdateLocked(longeventTime,intevent,intflags,intuid) {  
2.     if (eventTime< mLastSleepTime || eventTime < mLastWakeTime  
3.             || !mBootCompleted ||!mSystemReady) {  
4.         return false;  
5.     }  
6.   
7.    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_POWER, "userActivity");  
8.     try {  
9.         if (eventTime> mLastInteractivePowerHintTime) {  
10.            powerHintInternal(POWER_HINT_INTERACTION, 0);