Android的电源管理分析

Android的电源管理机制

三、 使用电源管理注意事项

1. 可在onCreate时设置该界面的电源管理，在onDestroy时取消设置
2. 可在onResume时设置该界面的电源管理，在onPause时取消设置
3. 注意设置是以Activity为单位，不是以应用为单位
4. 注意在AndroidManifest.xml中声明该应用有设置电源管理的权限
5. 注意加锁解锁要成对出现
6. 注意多个用途最好用多个锁，不要一锁多用，以免出错
7. 注意对运行在后台和异常时对锁的处理
8. 注意在网络连接或传输时最好加锁，以免传输被中断
9. 注意加锁以保证程序逻辑

四、 代码举例

1. 源码修改

1) 引入电源管理包，以使用相关类

?

1

import Android.os.PowerManager;

2) 类中加入变量

?

1

PowerManager.WakeLock mWakeLock;

3) 修改onCreate

?

1

2

3

4

5

6

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

   super.onCreate(savedInstanceState);

   PowerManager pm =(PowerManager)getSystemService(Context.POWER_SERVICE);

   mWakeLock = pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK,"XYTEST");

   mWakeLock.acquire();

}

4) 修改onDestroy

?

1

2

3

4

5

public void onDestroy()

{

   super.onDestroy();

   mWakeLock.release();

}

2. AndroidManifest.xml文件修改

复制代码 代码如下:

<uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK"/>

Android的电源管理机制主要是通过锁和定时器来切换系统的状态。

 

一、Android的Linux内核kernel/power/suspend.c中也为系统提供了几种电源状态：

PM_SUSPEND_ON：设备处于全电源状态，也就是正常工作状态；
PM_SUSPEND_STANDBY：设备处于省电状态，但还可以接收某些事件，具体的行为取决与具体的设备；
PM_SUSPEND_MEM：低功耗状态，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。

Suspend to Disk，Hibernation（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。

 

二、在Linux的Kernel底层针对低功耗状态也定义了几种不同的状态：
earlysuspend：可以让某些设备选择进入某种功耗较低的状态，比如LCD可以降低亮度或灭掉
suspend：除电源管理以外的其他外围模块和CPU均不工作，只有内存保持自刷新的状态
hibernation：所有内存镜像都被写入磁盘中，然后系统关机，重启后系统将能恢复到“关机”之前的状态

正常情况下，系统是先进入earlysuspend状态，在计时器到时间了无动作后，再进入suspend状态；hibernation状态不常见

 

三、正常的Android电源管理流程整体如下（个人理解，有误欢迎指出）：

Android相比标准的Linux内核，在电源管理中加入了wake lock（电源锁）机制。

开机后：进入wake（唤醒）状态，计时器开始计时，在计时器计时期间如果如果有事件发生，则重置计时器；或者有APP申请了wake lock，则系统一直保持wake状态，除非用户按下了电源键。反之，如果没有任何事件发生，将进入earlysuspend状态-->suspend状态（期间会经过屏幕亮度降低，直到关闭）。

 

WakeLock是Android提供给应用程序获取电力资源的唯一方法，只要还有地方在使用WakeLock，系统就不会进入休眠状态。由于是PowerManager的内部类，故创建对象需调用PowerManager的方法即可获得WakeLock对象。

PowerManager.WakeLock wl=pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK,"My Tag");  

wl.acquire();//获取该锁  

//期间完成工作  

wl.release();//释放该锁  

 

这里需要提一点的是创建WakeLock对象时，flag参数的选择：有如下几种flag参数

flag值 cpu screen keyboard说明

PARTIAL_WAKE_LOCK 开关关不受影响

SCREEN_DIM_WAKE_LOCK     开开，暗关按下电源键立刻进入休眠态

SSCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK 开开，亮关

FULL_WAKE_LOCK 开开，亮开

PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK  距离感应器锁，比如用在接听电话时，耳朵靠近

ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP           正常情况下，获取WakeLock是不会唤醒机器，加上该标志后，就可以唤醒，比如用在来电提醒

ON_AFTER_RELEASE 该标记加上后，WakeLock释放后，系统会延迟一段时间后再黑屏，否则会立即黑屏

 

 

 

 

 

 

Android提供了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:

newWakeLock()：获取一个WakeLock对象

 

1、void goToSleep(long time); 
       强制设备进入Sleep状态
       要注意权限问题。

 

  2、newWakeLock(int flags, String tag);
       取得相应层次的锁，参数如上

  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。

 

3、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.

 

 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。

二、Android power management Java层分析

 

    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

 

    其中PowerManagerService.java是核心, PowerManager.java是提供给应用层调用的，
    Power.java提供底层的函数接口,与JNI层进行交互。PowerManagerService.java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：

    1、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。

     2、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。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。

三、Android power management JNI层分析

 

    其主要代码文件如下:
       frameworks\base\core\jni\android_os_power.cpp
       hardware\libhardware\power\power.c

 

    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。

 

四、Android Kernel power management分析

 

    1、其主要代码在下列位置:
      

 

     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

 

    2、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。

 

    3、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.

    4、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

 

五、Android电源管理流程

 

    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 offtimer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.

PS：更多关于AndroidManifest.xml配置项及其功能可参考本站在线工具：

Android Manifest功能与权限描述大全：
http://tools.jb51.net/table/AndroidManifest

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希望本文所述对大家Android程序设计有所帮助。

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