【转】android 电池（三）：android电池系统

关键词：android电池系统电池系统架构 uevent power_supply驱动

平台信息:

内核：linux2.6/linux3.0
系统：android/android4.0 
平台：S5PV310(samsungexynos4210) 、samsung
exynos4412

作者：xubin341719(欢迎转载，请注明作者)

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一、电池系统结构

Android中的电池使用方式主要有三种：AC、USB、Battery 等不同的模式。在应用程序层次,通常包括了电池状态显示的功能。因此从
Android 系统的软件方面(包括驱动程序和用户空间内容)需要在一定程度上获得电池的状态，电池系统主要负责电池信息统计、显示。电池系统的架构如下所示:

自下而上, Android 的电池系统分成以下几个部分:

1、驱动程序：

特定硬件平台电池的驱动程序,用 Linux的Power Supply 驱动程序,实现向用户空间提供信息。Battery 驱动程序需要通过sys文件系
统向用户空间提供接口, sys文件系统的路径是由上层的程序指定的。Linux标准的 Power Supply驱动程序
所使用的文件系统路径为:/sys/class/power_supply ,其中的每个子目录表示一种能源供应设备的名称。

Power Supply 驱动程序的头文件在 include/linux/power_supply.h中定义,注册和注销驱动程序的函数如下所示:

int power_supply_register(struct device *parent,struct power_supply *psy);
void power_supply_unregister(struct power_supply *psy);
struct power_supply {
const char *name;
/* 设备名称 */
enum power_supply_type type;
/* 类型 */
enum power_supply_property *properties;
/* 属性指针 */
size_t num_properties;
/* 属性的数目 */
char **supplied_to;
size_t num_supplicants;
int (*get_property)(struct power_supply *psy, /* 获得属性 */
enum power_supply_property psp,
union power_supply_propval *val);
void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy);
/* ...... 省略部分内容 */
}; 

Linux中驱动程序：power_supply

2、本地代码 - JNI

代码路径: frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp 这个类调用sys文件系统访问驱动程序,也同时提供了JNI的接口。

这个文件提供的方法列表如下所示:

static JNINativeMethod sMethods[] = {
{"native_update", "()V", (void*)android_server_BatteryService_update},
};  

处理的流程为根据设备类型判定设备后, 得到各个设备的相关属性,则需要得到更多得 信息。例如:果是交流或者 USB 设备,只需 要得到它们是否在线( onLine );如果是电 池设备,则需要得到更多的信息,例如状态 ( status ),健康程度( health ),容 量( capacity ),电压 ( voltage_now )等。

Linux 驱动 driver 维护着保存电池信息的一组文件 sysfs,供应用程序获取电源相关状态:

#define AC_ONLINE_PATH "/sys/class/power_supply/ac/online" AC 电源连接状态
#define USB_ONLINE_PATH "/sys/class/power_supply/usb/online" USB电源连接状态
#define BATTERY_STATUS_PATH "/sys/class/power_supply/battery/status"充电状态
#define BATTERY_HEALTH_PATH "/sys/class/power_supply/battery/health"电池状态
#define BATTERY_PRESENT_PATH "/sys/class/power_supply/battery/present"使用状态
#define BATTERY_CAPACITY_PATH "/sys/class/power_supply/battery/capacity"电池 level
#define BATTERY_VOLTAGE_PATH "/sys/class/power_supply/battery/batt_vol"电池电压
#define BATTERY_TEMPERATURE_PATH "/sys/class/power_supply/battery/batt_temp"电池温度
#define BATTERY_TECHNOLOGY_PATH "/sys/class/power_supply/battery/technology"电池技术 当电池状态发生变化时,driver 会更新这些文件。传送信息到java 

3 、JAVA 代码

代码路径:

frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java

frameworks/base/core/java/android/os/ : android.os ：包中和Battery 相关的部分

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/：和Battery 相关的内部部分 BatteryService.java 通过调用, BatteryService JNI来实现com.android.server包中的 BatteryService类。BatteryManager.java中定义了一些 JAVA 应用程序层可以使用的常量。

电池系统在驱动程序层以上的部分都是Android 系统中默认的内容。在移植的过程中基本不需要改动。电池系统需要移植的部分仅有Battery驱动程序。Battery 驱动程序用Linux 标准的Power Supply驱动程序与上层的接口是sys文件系统,主要用于读取sys文件系统中的文件来获取电池相关的信息。整个系统中各部件的联系：

BatteryService 作为电池及充电相关的服务: 监听 Uevent、读取sysfs 里中的状态 、广播Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED。

(1)、mUEventObserver

BatteryService实现了一个UevenObserver mUEventObserver。uevent是Linux 内核用来向用户空间主动上报事件的机制,对于JAVA程序来说,只实现 UEventObserver的虚函数 onUEvent,然后注册即可。

BatteryService只关注 power_supply 的事件,所以在构造函数注册:

(2)、update()

update读取sysfs文件做到同步取得电池信息, 然后根据读到的状态更新 BatteryService 的成员变量,并广播一个Intent来通知其它关注电源状态的 组件。

当kernel有power_supply事件上报时, mUEventObserver调用update()函数,然后update 调用native_update从sysfs中读取相关状态(com_android_server_BatteryService.cpp):

(3)、sysfs

Linux 驱动 driver 维护着保存电池信息的一组文件 sysfs,供应用程序获

取电源相关状态:

二、Uevent部分

Uevent是内核通知android有状态变化的一种方法，比如USB线插入、拔出，电池电量变化等等。其本质是内核发送（可以通过socket）一个字符串，应用层（android）接收并解释该字符串，获取相应信息。如下图所示，如果其中有信息变化，uevent触发，做出相应的数更新。

Android中的BatteryService及相关组件

1、Androiduevent架构

Android很多事件都是通过uevent跟kernel来异步通信的。其中类UEventObserver是核心。UEventObserver接收kernel的uevent信息的抽象类。

（1）、server层代码
       battery server:
     
 frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
 
   
 frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java

（2）、java层代码
   
  frameworks/base/core/java/android/os/UEventObserver.java
（3）、JNI层代码
 
     
frameworks/base/core/jni/android_os_UEventObserver.cpp
（4）、底层代码
 
       hardware/libhardware_legacy/uevent/uevent.c

读写kernel的接口socket(PF_NETLINK,SOCK_DGRAM,
NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
2、UEventObserver的使用

类UEventObserver提供了三个接口给子类来调用：
（1）、onUEvent(UEvent
event)： 子类必须重写这个onUEvent来处理uevent。
（2）、startObserving(Stringmatch)： 启动进程，要提供一个字符串参数。
（3）、stopObserving()： 停止进程。
 
 例子://在BatteryService.java中

     mUEventObserver.startObserving("SUBSYSTEM=power_supply");
         private UEventObserver mUEventObserver = new UEventObserver() {
         @Override
               public void onUEvent(UEventObserver.UEvent event) {
                update();
               }
         };

在UEvent thread中会不停调用 update()方法，来更新电池的信息数据。

3、vold server分析
（1）、在system/vold/NetlinkManager.cpp中：

       if ((mSock = socket(PF_NETLINK,SOCK_DGRAM,NETLINK_KOBJECT_UEVENT)) < ) {
               SLOGE("Unable to create uevent socket: %s", strerror(errno));
               return -;
       }
       if (setsockopt(mSock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &sz, sizeof(sz)) < ) {
               SLOGE("Unable to set uevent socket options: %s", strerror(errno));
               return -;
       }
       if (bind(mSock, (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr)) < ) {
               SLOGE("Unable to bind uevent socket: %s", strerror(errno));
               return -;
       }

 （2）、然后在system/vold/NetlinkHandler.cpp的NetlinkHandler::onEvent中处理  

             void NetlinkHandler::onEvent(NetlinkEvent *evt) {
                      VolumeManager *vm = VolumeManager::Instance();
                     const char *subsys = evt->getSubsystem();
                     if (!subsys) {
                           SLOGW("No subsystem found in netlink event");
                           return;
                     }
                     if (!strcmp(subsys, "block")) {
                           vm->handleBlockEvent(evt);
                     } else if (!strcmp(subsys, "switch")) {
                           vm->handleSwitchEvent(evt);
                     } else if (!strcmp(subsys, "battery")) {
                     } else if (!strcmp(subsys, "power_supply")) {
                     }
             }

（3）、在system/core/libsysutils/src/NetlinkListener.cpp中监听。
4、batteryserver分析

 java代码：frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java
 
 JNI代码： frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp

（1）、BatteryService是跑在system_process当中，在系统初始化的时候启动，

如下在BatteryService.java中：

        Log.i(TAG, “Starting Battery Service.”);
        BatteryService battery = new BatteryService(context);
        ServiceManager.addService(“battery”, battery);

（2）、数据来源
      
BatteryService通过JNI（com_android_server_BatteryService.cpp）读取数据。
       
BatteryService通过JNI注册的不仅有函数，还有变量。
如下：BatteryService是跑在system_process当中，在系统初始化的时候启动，如下在BatteryService.java中：

        //##############在BatteryService.java中声明的变量################
        private boolean mAcOnline;
        private boolean mUsbOnline;
        private int mBatteryStatus;
        private int mBatteryHealth;
        private boolean mBatteryPresent;
        private int mBatteryLevel;
        private int mBatteryVoltage;
        private int mBatteryTemperature;
        private String mBatteryTechnology;
      //在BatteryService.java中声明的变量，在com_android_server_BatteryService.cpp中共用，即在com_android_server_BatteryService.cpp中其实操作的也是BatteryService.java中声明的变量。
      gFieldIds.mAcOnline = env->GetFieldID(clazz, “mAcOnline”, “Z”);
      gFieldIds.mUsbOnline = env->GetFieldID(clazz, “mUsbOnline”, “Z”);
      gFieldIds.mBatteryStatus = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryStatus”, “I”);
      gFieldIds.mBatteryHealth = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryHealth”, “I”);
      gFieldIds.mBatteryPresent = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryPresent”, “Z”);
      gFieldIds.mBatteryLevel = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryLevel”, “I”);
      gFieldIds.mBatteryTechnology = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryTechnology”, Ljava/lang/String;”);
      gFieldIds.mBatteryVoltage = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryVoltage”, “I”);
      gFieldIds.mBatteryTemperature = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryTemperature”, “I”);
      //上面这些变量的值，对应是从下面的文件中读取的，一只文件存储一个数值。
      #define AC_ONLINE_PATH “/sys/class/power_supply/ac/online”
      #define USB_ONLINE_PATH “/sys/class/power_supply/usb/online”
      #define BATTERY_STATUS_PATH “/sys/class/power_supply/battery/status”
      #define BATTERY_HEALTH_PATH “/sys/class/power_supply/battery/health”
      #define BATTERY_PRESENT_PATH “/sys/class/power_supply/battery/present”
      #define BATTERY_CAPACITY_PATH “/sys/class/power_supply/battery/capacity”
      #define BATTERY_VOLTAGE_PATH “/sys/class/power_supply/battery/batt_vol”
      #define BATTERY_TEMPERATURE_PATH “/sys/class/power_supply/battery/batt_temp”
      #define BATTERY_TECHNOLOGY_PATH “/sys/class/power_supply/battery/technology”

  （3）、数据传送
  
  BatteryService主动把数据传送给所关心的应用程序，所有的电池的信息数据是通过Intent传送出去的。在BatteryService.java中，Code如下:

        Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
        intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY);
        intent.putExtra(“status”, mBatteryStatus);
        intent.putExtra(“health”, mBatteryHealth);
        intent.putExtra(“present”, mBatteryPresent);
        intent.putExtra(“level”, mBatteryLevel);
        intent.putExtra(“scale”, BATTERY_SCALE);
        intent.putExtra(“icon-small”, icon);
        intent.putExtra(“plugged”, mPlugType);
        intent.putExtra(“voltage”, mBatteryVoltage);
        intent.putExtra(“temperature”, mBatteryTemperature);
        intent.putExtra(“technology”, mBatteryTechnology);
        ActivityManagerNative.broadcastStickyIntent(intent, null);

（4）、数据接收

应用如果想要接收到BatteryService发送出来的电池信息，则需要注册一个Intent为Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED的BroadcastReceiver。

注册方法如下：

        IntentFilter mIntentFilter = new IntentFilter();
        mIntentFilter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
        registerReceiver(mIntentReceiver, mIntentFilter);
        private BroadcastReceiver mIntentReceiver = new BroadcastReceiver() {
            @Override
            public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                // TODO Auto-generated method stub
                String action = intent.getAction();
                if (action.equals(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED)) {
                    int nVoltage = intent.getIntExtra(“voltage”, 0);
                    if(nVoltage!=0){
                        mVoltage.setText(“V: ” + nVoltage + “mV – Success…”);
                    }
                    else{
                        mVoltage.setText(“V: ” + nVoltage + “mV – fail…”);
                    }
                }
            }
        };

（5）、数据更新
       
电池的信息会随着时间不停变化，自然地，就需要考虑如何实时的更新电池的数据信息。在BatteryService启动的时候，会同时通过UEventObserver启动一个onUEvent
Thread。每一个Process最多只能有一个onUEvent
Thread，即使这个Process中有多个UEventObserver的实例。当在一个Process中，第一次Call
startObserving()方法后，这个UEvent thread就启动了。而一旦这个UEvent thread启动之后，就不会停止。

//在BatteryService.java中

        mUEventObserver.startObserving(“SUBSYSTEM=power_supply”);
        private UEventObserver mUEventObserver = new UEventObserver() {
            @Override
            public void onUEvent(UEventObserver.UEvent event) {
                update();
            }
        };

在UEvent thread中会不停调用 update()方法，来更新电池的信息数据。