Android电源管理-休眠简要分析

工作需要,需要对这一块深入学习。故在此做一点分析记录,存疑解惑。

一、开篇

 1.Linux 描述的电源状态

 - On(on)                                                 S0 -  Working

- Standby (standby)                              S1 -  CPU and RAM are powered but not executed

- Suspend to RAM(mem)                        S3 -  RAM is powered and the running content is saved to RAM

- Suspend to Disk,Hibernation(disk)    S4 -  All content is saved to Disk and power down

 

S3 aka STR(suspend to ram),挂起到内存,简称待机。计算机将目前的运行状态等数据存放在内存,关闭硬 盘、外设等设备,进入等待状态。此时内存仍然需要电力维持其数据,但整机耗电很少。恢复时计算机从内存读出数据,回到挂起前的状态,恢复速度较快。对 DDR的耗电情况进行优化是S3性能的关键,大多数手持设备都是用S3待机。

S4 aka STD(suspend to disk),挂起到硬盘,简称休眠。把运行状态等数据存放在硬盘上某个文件或者某个特定的区域,关闭硬盘、外设等设备,进入关机状态。此时计算机完全关闭,不耗电。恢复时计算机从休眠文件/分区中读出数据,回到休眠前的状态,恢复速度较慢。电子书项目中,见过一款索尼的电子书,没有定义关机状态,只定义了S4,从而提高开机速度。

 

以上摘录自:http://cache.baiducontent.com/c?m=9f65cb4a8c8507ed4fece763104

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31610db2151d6db10349dcd1e&user=baidu&fm=sc&query=pm_autosleep_init&qid=&p1=1

 

在阅读下面的内容之前,强烈建议阅读下。

Android在Linux内核原有的睡眠唤醒机制上面新增了三个,如下:

     • Wake Lock 唤醒锁机制;
     • Early Suspend 预挂起机制;
     • Late Resume 迟唤醒机制;

我们来看一张Android睡眠唤醒机制的框架图:

Android电源管理-休眠简要分析

      • Android特有的earlysuspend: request_suspend_state(state)
      • Linux标准的suspend:       enter_state(state)

二、相关代码涉及文件

    • Frameworks

      // 供给上层应用程序调用的接口
      frameworks/base/core/java/android/os/PowerManager.java 

      // 具体实现PowerManager类中的接口
      frameworks/base/services/java/com/android/server/PowerManagerService.java        

      // 被PowerManagerService类调用

      frameworks/base/core/java/android/os/ Power.java

    • JNI

     // 实现Power类中的JNI接口
     frameworks/base/core/jni/android_os_Power.cpp

    • HAL

      // 进行sysfs用户接口的操作
      hardware/libhardware_legacy/power/power.c

    • Kernel

      kernel/kernel/power/main.c
      kernel/kernel/power/earlysuspend.c
      kernel/kernel/power/suspend.c
      kernel/kernel/power/wakelock.c
      kernel/kernel/power/userwakelock.c

  在应用程序框架层中,PowerManager类是面向上层应用程序的接口类,提供了Wake Lock机制(同时也是睡眠唤醒子系统)的基本接口(唤醒锁的获取和释放)。上层应用程序通过调用这些接口,实现对系统电源状态的监控。

     • PowerManager类通过IBinder这种Android中特有的通信模式,与PowerManagerService 类进行通信。  

     • PowerManagerService 是PowerManager 类中定义的接口的具体实现,并进一步调用Power 类来与下一层进行通信。PowerManagerService 类是WakeLock 机制在应用程序框架层的核心,他们对应用程调用PowerManager类接口时所传递的参数进行初步的分析和对应的设置,并管理一个唤醒锁队列,然后配合其他模块(例如WatchDog、BatteryService、ShutdownThread 等)的状态信息,做出决策,调用Power类的对应接口,最终通过JNI 接口,调用到硬件抽象层中的函数,对sysfs 的用户接口进行操作,从而触发内核态实现的功能。

三、Kernel用户空间接口分析

1. sysfs的属性文件

电源管理内核层给应用层提供的接口就是sysfs 文件系统,所有的相关接口都通过sysfs实现。Android上层frameworks也是基于sysfs做了包装,最终提供给Android java应用程序的是java类的形式。
Android系统会在sysfs里面创建以entry:
     /sys/power/state
     /sys/power/wake_lock
     /sys/power/wake_unlock

     echo mem > /sys/power/state或echo standby > /sys/power/state: 命令系统进入earlysuspend状态,那些注册了early suspend handler的驱动将依次进入各自的earlysuspend 状态。

     echo on > /sys/power/state: 将退出early suspend状态

     echo disk > /sys/power/state: 命令系统进入hibernation状态

    echo lockname > /sys/power/wake_lock: 加锁“lockname”
    echo lockname > /sys/power/wake_unlock: 解锁“lockname”
    上述是分别加锁和解锁的命令,一旦系统中所有wakelock被解锁,系统就会进入suspend状态,可见Linux中原本使系统 suspend 的操作(echo mem > /sys/power/state 等)在Android被替换成使系统进入early suspend;而wake lock 机制成为用户命令系统进入suspend状态的唯一途径。

Kernel与HAL接口是通过/sys/power下面的一系统文件来实现的,如:/sys/power/state.在用户空间接口中,定义了一组sysfs的属性文件,其中一个定义是:

1 power_attr(state)

这个宏的代码如下:

1 #define power_attr(_name) 2 static struct kobj_attribute _name##_attr = {    3     .attr    = {                4         .name = __stringify(_name),    5         .mode = 0644,            6     },                    7     .show    = _name##_show,            8     .store    = _name##_store,        

展开后的代码是:

1 #define power_attr(state) 2 static struct kobj_attribute state_attr = {    3     .attr    = {                4         .name = "state",    5         .mode = 0644,            6     },                    7     .show    = state_show,            8     .store    = state_store,        

2. 创建sysfs文件

 1 static int __init pm_init(void)
 2 {
 3     int error = pm_start_workqueue();
 4     if (error)
 5         return error;
 6     hibernate_image_size_init();
 7     hibernate_reserved_size_init();
 8     power_kobj = kobject_create_and_add("power", NULL);
 9     if (!power_kobj)
10         return -ENOMEM;
11     error = sysfs_create_group(power_kobj, &attr_group);  //创建sys文件接口
12     if (error)
13         return error;
14     pm_print_times_init();
15     return pm_autosleep_init();  //创建auto_sleep工作队列,也把用户态向autosleep 写入当作wakeup_source
16 }
17 
18 core_initcall(pm_init)  //调用pm_init

 pm_init函数执行后,会创建/sys/power目录,且目录下会建立一系列属性文件,其中一个是/sys/power/state文件。用户空间写该文件将会导致state_store被调用,读该文件将会导致state_show函数被调用。

2. 标准的Linux内核调用suspend流程

 1 static ssize_t state_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
 2                const char *buf, size_t n)
 3 {
 4     suspend_state_t state;
 5     int error;
 6 
 7     error = pm_autosleep_lock();
 8     if (error)
 9         return error;
10 
11     if (pm_autosleep_state() > PM_SUSPEND_ON) {  // autosleep是android内核为了跟主线内核兼容所引入的
12         error = -EBUSY;
13         goto out;
14     }
15 
16     state = decode_state(buf, n);
17     if (state < PM_SUSPEND_MAX)
18         error = pm_suspend(state);          // 进入suspend 的模式
19     else if (state == PM_SUSPEND_MAX)
20         error = hibernate();              // 进入冬眠模式
21     else
22         error = -EINVAL;
23 
24  out:
25     pm_autosleep_unlock();
26     return error ? error : n;

 当底层接受到上层传递到的值进行一些列的操作,有很多的state 状态:

1 #define PM_SUSPEND_ON        ((__force suspend_state_t) 0)  // S0
2 #define PM_SUSPEND_STANDBY    ((__force suspend_state_t) 1)  // S1
3 #define PM_SUSPEND_MEM        ((__force suspend_state_t) 3)  // S2
4 #define PM_SUSPEND_MAX        ((__force suspend_state_t) 4)   // S3

在state_store中,若定义了CONFIG_EARLYSUSPEND,则执行 request_suspend_state(state)以先进入earlysuspend,然后根据wake_lock的状态决定是否进入 suspend;否则直接执行enter_state(state)以进入suspend状态。我们来看下pm_suspend的原生代码:

 1 int pm_suspend(suspend_state_t state)
 2 {
 3     int error;
 4 
 5     if (state <= PM_SUSPEND_ON || state >= PM_SUSPEND_MAX)  // state参数无效
 6         return -EINVAL;
 7 
 8     pm_suspend_marker("entry");
 9     error = enter_state(state);
10     if (error) {
11         suspend_stats.fail++;
12         dpm_save_failed_errno(error);
13     } else {
14         suspend_stats.success++;
15     }
16     pm_suspend_marker("exit");
17     return error;

 

三、Android 休眠(suspend)

1. 相关文件
     • kernel/kernel/power/main.c
     • kernel/kernel/power/earlysuspend.c
     • kernel/kernel/power/wakelock.c

 

2. 特性介绍
    1) Early Suspend
       Early suspend 是android 引进的一种机制,这种机制在上游备受争议,这里不做评论。 这个机制作用是在关闭显示的时候,一些和显示有关的设备,比如LCD背光、重力感应器、 触摸屏都会关掉,但是系统可能还是在运行状态(这时候还有wake lock)进行任务的处理,例如在扫描 SD卡上的文件等。 在嵌入式设备中,背光是一个很大的电源消耗,所以android会加入这样一种机制。


     2) Late Resume
         Late Resume 是和suspend 配套的一种机制,是在内核唤醒完毕开始执行的。主要就是唤醒在Early Suspend时休眠的设备。


     3) Wake Lock
         wake_lock 在Android的电源管理系统中扮演一个核心的角色。wake_lock是一种锁的机制,只要有人拿着这个锁,系统就无法进入休眠,可以被用户态程序和 内核获得。这个锁可以是有超时的或者是没有超时的,超时的锁会在超时以后自动解锁。如果没有锁了或者超时了,内核就会启动休眠的那套机制来进入休眠。

3. Android Suspend
      main.c文件是整个框架的入口。用户可以通过读写sys文件/sys/power/state实现控制系统进入低功耗状态。用户对于/sys /power/state的读写会调用到main.c中的state_store(),用户可以写入const char * const pm_states[] 中定义的字符串, 比如“on”,“mem”,“standby”,“disk”。 

1 const char *const pm_states[PM_SUSPEND_MAX] = {
2     [PM_SUSPEND_FREEZE]    = "freeze",
3     [PM_SUSPEND_STANDBY]    = "standby",
4     [PM_SUSPEND_MEM]    = "mem",
5 }

      state_store()首先判断用户写入的是否是“disk”字符串,如果是则调用hibernate()函数命令系统进入hibernation状 态。如果是其他字符串则调用request_suspend_state()(如果定义 CONFIG_EARLYSUSPEND)或者调用enter_state()(如果未定义CONFIG_EARLYSUSPEND)。  request_suspend_state()函数是android相对标准linux改动的地方,它实现在earlysuspend.c中。在标准 linux内核中,用户通过 sysfs 写入“mem”和“standby”时,会直接调用enter_state()进入suspend模式,但在android中则会调用request_suspend_state()函数进入early suspend状态。request_suspend_state()函数代码如下:

Android电源管理-休眠简要分析
 1 void request_suspend_state(suspend_state_t new_state)
 2 {
 3     unsigned long irqflags;
 4     int old_sleep;
 5 
 6 #ifdef CONFIG_PLAT_RK
 7     if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
 8         return;
 9 #endif
10 
11     spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
12     old_sleep = state & SUSPEND_REQUESTED;
13     if (debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
14         struct timespec ts;
15         struct rtc_time tm;
16         getnstimeofday(&ts);
17         rtc_time_to_tm(ts.tv_sec, &tm);
18         pr_info("request_suspend_state: %s (%d->%d) at %lld "
19             "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)\n",
20             new_state != PM_SUSPEND_ON ? "sleep" : "wakeup",
21             requested_suspend_state, new_state,
22             ktime_to_ns(ktime_get()),
23             tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
24             tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
25     }
26     if (!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) {
27         state |= SUSPEND_REQUESTED;
28                   //进入Early suspend处理,执行函数early_suspend
29         queue_work(suspend_work_queue, &early_suspend_work);
30     } else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
31         state &= ~SUSPEND_REQUESTED;
32         wake_lock(&main_wake_lock);
33                   //进入Late resume处理,执行函数late_resume
34         queue_work(suspend_work_queue, &late_resume_work);
35     }
36     requested_suspend_state = new_state;
37     spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
38 }
View Code

 

 

 TAG:

1 const char * const OLD_PATHS[] = {
2     "/sys/android_power/acquire_partial_wake_lock",
3     "/sys/android_power/release_wake_lock",
4 };
5 
6 const char * const NEW_PATHS[] = {
7     "/sys/power/wake_lock",
8     "/sys/power/wake_unlock",
9 };
 1 static inline void
 2 initialize_fds(void)
 3 {
 4     // XXX: should be this:
 5     //pthread_once(&g_initialized, open_file_descriptors);
 6     // XXX: not this:
 7     if (g_initialized == 0) {
 8         if(open_file_descriptors(NEW_PATHS) < 0)
 9             open_file_descriptors(OLD_PATHS);
10         g_initialized = 1;
11     }

 

未完待续......

 

本文很多内容参考且摘录自:

http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/8136691

http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/8137952

http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/8137566

http://blog.csdn.net/sunweizhong1024/article/details/17102047

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