电源管理方案APM和ACPI比较

 

近期对linux的电源管理产生了兴趣，索性来学习一下电源管理的东西。这不，遇到的一个问题就是这个：APM、ACPI两种电源管理方案有何异同？下面的东西全部来自于网络博文，当然有做一些整理。

 

一、APM的不足和ACPI产生

APM全称是 Advanced Power Management（高级电源管理），他是一种基于BIOS的系统电源管理方案，它提供CPU和外设电源管理并通过设备工作超时设定来决定何时将设备切换到低功耗模式。目前最新的版本是1.2，相对于1.0和1.1版来说，最新版的APM方案由操作系统来定义管理实践，实际的执行动作还是由BIOS来做。

APM电源状态包括： 就绪，待机(standby)，挂起(suspend)，休眠(sleep)，关闭。

但是由于这种电源管理方式主要是由bios实现，所以有些缺陷，比如对BIOS的过度依赖，新老BIOS之间的不兼容性，以及无法判断电源管理命令是由用户发起的还是由BIOS发起的，对某些新硬件如USB和1394的不支持性。主要不足包括：

1.  由于基于APM的BIOS都有它自己的电源管理方案，使得计算机与计算机之间缺乏一致性，每个BIOS开发者必须精心维护自己的APM BIOS代码和功能。
    2.  系统进入挂起的原因无法知晓。用户是否按了进入睡眠按钮，还是BIOS认为系统已进入了空闲状态，或者电池电压过低，这些信息APM都无法知道，但是Windows必须要知道挂起的原因，即使系统没有进入空闲状态。
    3.  BIOS无法知道用户在干什么，只有通过监视中断和I/O端口来猜测用户的活动。有时，BIOS会使系统处于完全混乱的状态，当系统没有空闲时将系统挂起或者当系统处于空闲状态时，却不进入挂起状态。
    4.  早期版本的BIOS APM（1.0和1.1）不提供任何系统性能信息，系统是否支持睡眠状态就只有尝试将系统转入睡眠模式才知道。如果BIOS不支持睡眠模式，那将导致死机。BIOS APM 1.2解决了这个缺陷。
    5.  BIOS对USB设备、加插的电脑配件卡和IEEE1394设备全然不知，导致当以上设备没有进入空闲状态，而BIOS却认为系统已经进入空闲状态，从而发生冲突，使这些设备无法正常使用或系统死机。

由于APM有以上不足，因此ACPI应运而生。
    ACPI全称Advanced Configuration Power Interface（高级配置电源界面），ACPI是为了解决APM的缺陷而问世的。它定义了许多新的规范：

 

    1.  ACPI将现有的电源管理BIOS代码、APM应用编程接口、PNP BIOS应用编程接口、多处理器规范表格等集合成一种新的电源管理和配置接口规范。
    2.  ACPI允许操作系统（不是BIOS）控制电源管理，这点与APM不相同。
    3.  ACPI标准定义了硬件寄存器、BIOS接口（包含配置表格、控制方法以及主板设备列举和配置）、系统和设备的电源状态和ACPI热模型。
    4.  BIOS支持的代码不是用汇编语言而是用AML（ACPI Machine Language，ACPI机器语言）编写的。BIOS不能决定用于电源管理或资源管理的策略或超时。
    5.  使用ACPI系统的所有设备可以互相通信来了解彼此的使用情况，并且都受操作系统的控制，操作系统对正在运行的系统状态了如指掌，所以操作系统处于执行电源管理的最佳位置。

二、ACPI介绍

ACPI表示高级配置和电源管理接口（Advanced Configuration and Power Management Interface）。对于Windows2000，ACPI定义了Windows 2000、BIOS和系统硬件之间的新型工作接口。这些新接口包括允许Windows 2000控制电源管理和设备配置的机制。
　　Windows 2000具有电源管理功能，该功能可以让系统进入低电源消耗的"睡眠状态"，如待机和休眠等，目的就是控制电脑的电源消耗。Windows 2000可以在您按下电源按钮时重新"唤醒"系统，此时系统将立即进入运行状态。

　　ACPI(Advanced Configuration Management)是1997年由INTEL／MICROSOFT／TOSHIBA（英特尔、微软和东芝）提出的新型电源管理规范，意图是让系统而不是BIOS来全面控制电源管理，使系统更加省电。 

其特点主要有：提供立刻开机功能，即开机后可立即恢复到上次关机时的状态，光驱、软驱和硬盘在未使用时会自动关掉电源，使用时再打开；支持在开电状态下既插即拔，随时更换功能。

　　ACPI主要支持三种节电方式:
　　1、(standby即待机)显示屏自动断电，只是主机通电。这时敲任意键即可恢复原来状态
　　2、（suspend to ram 即挂起到内存）系统把当前信息储存在内存中，只有内存等几个关键部件通电，这时计算机处在高度节电状态，按任意键后，计算机从内存中读取信息很快恢复到原来状态。
　　3、（suspend to disk即挂起到硬盘）计算机自动关机，关机前将当前数据存储在硬盘上，用户下次按开关键开机时计算机将无须启动系统，直接从硬盘读取数据，恢复原来状态。

　　ACPI可实现以下功能:
　　1、用户可以使外设在指定时间开关；
　　2、使用笔记本电脑的用户可以指定计算机在低电压的情况下进入低功耗状态，以保证重要的应用程序运行；
　　3、操作系统可以在应用程序对时间要求不高的情况下降低时钟频率；
　　4、操作系统可以根据外设和主板的具体需求为它分配能源；
　　5、在无人使用计算机时可以使计算机进入休眠状态，但保证一些通信设备打开；
　　6、即插即用设备在插入时能够由ACPI来控制。

　　不过，ACPI和其他的电源管理方式一样，要想享受到上面这些功能，必须要有软件和硬件的支持。在软件方面，Windows 98提供了支持（但不全面，默认禁止STD，需要给setup.exe加参数强制开启，但BUG很多），Windows 2000对ACPI给予了全面的支持；硬件方面比较麻烦，除了要求主板、显卡和网卡等外设要支持ACPI外，还需要机箱电源的配合。电源在提供5伏电压给主板的同时，还必须使电流稳定在720毫安以上才可以，这样它才能够实现电脑的“睡眠”和“唤醒”。

　　ACPI共有六种状态，分别是S0到S5。它们代表的含义分别是：
　　S0--实际上这就是我们平常的工作状态，所有设备全开，功耗一般会超过80W；
　　S1--也称为POS（Power on Suspend = standby），这时除了通过CPU时钟控制器将CPU关闭之外，其他的部件仍然正常工作，这时的功耗一般在30W以下；（其实有些CPU降温软件就是利用这种工作原理）
　　S2--这时CPU处于停止运作状态，总线时钟也被关闭，但其余的设备仍然运转；
　　S3--这就是我们熟悉的STR（Suspend to RAM），这时的功耗不超过10W；
　　S4--也称为STD（Suspend to Disk），这时系统主电源关闭，但是硬盘仍然带电并可以被唤醒；
　　S5--这种状态是最干脆的，就是连电源在内的所有设备全部关闭，即关机（shutdown），功耗为0。

 

　　我们最常用到的是S3状态，即Suspend to RAM（挂起到内存）状态，简称STR。顾名思义，STR就是把系统进入STR前的工作状态数据都存放到内存中去。在STR状态下，电源仍然继续为内存等最必要的设备供电，以确保数据不丢失，而其他设备均处于关闭状态，系统的耗电量极低。一旦我们按下Power按钮（主机电源开关），系统就被唤醒，马上从内存中读取数据并恢复到STR之前的工作状态。内存的读写速度极快，因此我们感到进入和离开STR状态所花费的时间不过是几秒钟而已；而S4状态，即STD（挂起到硬盘）与STR的原理是完全一样的，只不过数据是保存在硬盘中。由于硬盘的读写速度比内存要慢得多，因此用起来也就没有STR那么快了。STD的优点是只通过软件就能实现，比如Windows 2000就能在不支持STR的硬件上实现STD。

三、linux所支持的APM和ACPI

针对APM和ACPI两种不同的标准，linux内核提供了两个不同的模块来实现电源管理功能，这就是apm和acpi。需要注意，apm和acpi是互相冲突的两个模块，用户在同一时间内只能加载其中之一，如果当他们在加载的时候发现二者之一已经加载，就会自动退出。

 

这个网址文章介绍的是linux对电源管理的支持：

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-power/

可以先看看了解，后面再深入学习。

http://www.novell.com/documentation/suse91/suselinux-adminguide/html/ch09s03.html#sec:pmanage.probs

这个网址是介绍ACPI模块对上层用户空间的接口和Daemon程序acpid。

 

 

参考文档：

1. http://hi.baidu.com/kunlaurel/blog/item/dfe12e0d419618e6ab6457ad.html

2. http://hi.baidu.com/yanyulou/blog/item/f56e5143dec9d3129313c6f1.html

3. http://hi.baidu.com/tian___tian/blog/item/37ec77c7bc8e1d1d9d163d08.html

4. http://os.51cto.com/art/201006/206488.htm