linux电源管理系列(一)

本系列将逐步介绍linux电源管理相关的知识，涉及到常见电源管理机制、linux电源管理机制、linux驱动中有关电源管理的相关接口、内核文档中关于Linux电源管理架构文档的分析。以下将以此来介绍相关内容，尽量做到通俗易懂，条理清晰。

电是现在社会的基础设施，它点亮了整个世界。随着移动互联网的盛行，各种智能设备层出不穷，各种CPU和大屏幕，都在不断折磨手机的电池，各种刺激的手游，也在压榨智能手机的电量。电池技术发展了这么多年，在没有新型储能材料发现之前，考虑到整体的重量和发热的可接受度，手机电池电量是不会有太大突破的。大家都知道Android是基于Linux开发的，要提高未来智能设备的续航时间，一方面需要提高电池容量，另一方面，就要站在系统的视角上，像进程调度一样，调度”电力”，在满足一定负载要求下，尽量降低功耗，延迟设备使用时间。本篇文章将从下往上，依次介绍电源管理理念在Android智能手机上的设计与实现。

电源管理的对象是各种硬件设备驱动、系统框架中的各种应用调度等（这只是我的初步理解，有什么不对的地方，请各位指教）。如果以日常生活为例子来类比，一个成年人，一日三餐，就可以全速工作一整天，吃饭就像充电一样，先吃饭，再做事，体内葡萄糖等储能物质就像电池一样，在一定的能量供应下，干越多的活，Boss越欢喜。只在需要马儿跑时，才让它吃草，这是电源管理的核心思想，它主要有两点

１.　灵活的关闭暂时不使用的部分

２． 当需要重新使用那些已经关闭的部分，不能有长时间的等待，且切换状态不能消耗太多能量。

电源管理使用的前提，是待控制的硬件支持节点功能，能够通过指令暂时关闭，操作系统需要支持电源管理，

常见电源管理机制

在x86机器中，存在两种电源管理方法，APM(Advanced Power Management,高级电源管理)和ACPI(Advanced Configuration and Power Interface ,高级配置和电源接口)，这两个标准不能同时允许在Linux上面，默认情况下，Linux运行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

APM可以让设备处于Suspend(挂起状态)或者Standby(待机状态)和检测电池容量，使用前提，需要BIOS和Linux核心支持，并且有apmd(APM的后台服务程序)和apm等应用程序。它是基于BIOS的电源管理标准，提供了CPU和设备电源管理的功能，缺陷是对BIOS的过度依赖、新旧BIOS的兼容性、以及无法判断电源管理命令是由用户发起还是由BIOS发起，不适合新硬件的发展趋势，为了弥补APM的缺陷，人们提出了ACPI规范。

ACPI主要是将电源管理的主要执行者由BIOS转换成操作系统，这样可以提供更大的灵活性以及可扩展性。ACPI除了APM的功能之外，还可以单独控制外设，有更加细粒化的节点控制。对于的应用程序有acpid和pmtools，下载链接在此

ACPI主要支持三种节点方式：

１.　standby(S1模式)，待机方式：显示屏断电，只是主机断电，此时，敲任何键都可以恢复原来状态

２.　suspend to ram(STR,S3模式)，挂起到内存，系统把当前信息储存在内存中，只有CPU和内存等几个关键部件，按电源键可以恢复原来状态

３.　suspend to disk(STD，S4模式),挂起到硬盘，系统在关机前将当前数据先保存在内存中，再把内存写入硬盘上的交换分区上，用户下次按开机键开启时，计算机直接从硬盘读取数据，恢复原来状态。

ACPI有六种工作状态：

S0-->所有设备全开

S1-->只关闭CPU(中断使能)

S2-->关闭CPU和总线时钟

S5-->关机

在/sys/power目录下

进入对于的模式，只往state输入对于的状态标志位就可以了。

由于目前没有从事有关低功耗方面的项目，所以只能是参考一下标准Linux休眠和唤醒机制分析(一～四)来理解，等以后有相关的机会，要抓紧深入去体会。

struct platform_suspend_ops {

int (*valid)(suspend_state_t state);

int (*begin)(suspend_state_t state);

int (*prepare)(void);

int (*prepare_late)(void);

int (*enter)(suspend_state_t state);

void (*wake)(void);

void (*finish)(void);

void (*end)(void);

void (*recover)(void);

};

休眠唤醒的执行过程，依次是begin—>prepare—>prepare_late—>enter—>wake—>finish—>end.

休眠停留在enter函数中，唤醒和休眠是逆过程。

在Linux驱动层面，Linux电源管理子系统已经封装好了统一的接口，各种类型的设备驱动只需要实现相关的接口函数，操作系统在它认为合适的时候就会通知驱动完成这些操作。在一般设备驱动基础之上，使用pm_register和pm_unregister进行注册和注销，使用pm_access进行休眠可行性检测,使用pm_callback函数执行状态通知后的回调响应，使用pm_dev_idle，用于检测设备idle状态机制。

对Android还不熟悉，只是知道它在标准的linux休眠唤醒的机制上，增加了early suspend和late resume两种模式，具体分析待后续相关文章。

参考资料　：Linux acpi电源管理的高级应用

　　　　　　Linux电源管理_整体架构

5 http://www.acpi.info：ACPI的官方网站，在上面可以免费获得最新的ACPI规范。

6 http://acpi.sourceforge.net：Linux下支持ACPI项目网站。官方Linux内核中ACPI的版本实际上已经远远落后于最新的版本，因为linux稳定版中对任何新特性的加入都是非常小心谨慎的。你可以从这里下载最新的ACPI补丁。

7 Linux核心源代码目录：Documentation/power/，里面有开发人员写的一些关于电源管理在Linux上实现的文档。