Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机平台电源管理技术
苏健
（重庆大学软件学院，重庆４０００４４）
摘要：随着智能手机的普及发展，对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗提出了更严格的要
求，特别是电池供电系统，在电池性能严重滞后于手持终端设备需求的背景下，电源管理技术正成为这些产品设计的关键所在。在满足功能实现的前提下，使手机待机时间更长的电源管理技术已成为研究热点。通过分析目前流行的ａｎｄ谳ｄ智能手机电源管理技术，探讨其现状并研究其应用前
景。关键词：Ａｎｄｒｏｉｄ系统；电源管理；智能手机
ＤＯＩ编码：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—２２７９．２０１１．０５．０１８中图分类号：ＴＰ３６文献标识码：Ａ文章编号：１００２—２２７９【２０１１）０５—００６６—０４
ＡｎｄｒｏｉｄＳｍａｒｔＰｈＯｎｅＰＩａｔｆＯｒｍＰＯｗｅｒＭａｎａｇｅｍｅｎｔＴｅＣｈｎＯＩＯｇｙ
ＳＵＪｉａｎ（‰ｓｃＪＩｌ０Ｄｆ矿黝啪ｒｅＥ嚼鹏ｅ＾ｒ曙‰哪嘶所龇瑙渺，‰，嘲嘲４０００４４，傩溉）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｗｉｔｌｌｔｈｅｐｏｐｕｌａｒｉｔ）ｒｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｎｌｅｎｔｏｆｇｍａｎｐｈｏｎｅｓ，山ｅｓｙｓｔｅｍ７ｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔ）ｒ，
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ。ｃｏｓｔ，ｓｉｚｅ，ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｍａｄｅｍｏｒｅｓｔｒｉｎｇｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｉｎｐａｎｉｃｕＩａｒ，ｂａｔｔｅｒｙ—ｐｗ—
ｅｒｅｄｓｙｓｔｅｍｓ’ｂａｔｔｅｒｙｐｅ怕瑚ａｎｃｅｈａｓｓｅｒｉｏｕｓｌｙｌａｇｇｅｄｂｅｈｉｎｄ．Ｐ０ｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇ）ｒｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇ
ｔ｝ｌｅｋｅｙｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｅｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｕｎｄｅｒｔｌｌｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｌｏｎｇｅｒｓｔａｎｄｂｙｔｉｍｅｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅ。
ｍｅｎｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｈｏｔｚｏｎｅ．卟ｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｐｏｐｕＩａｒａｎｄＩＤｉｄｓｍａｎｐｈｏｎｅｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
ｔｅｃｈｎｏｌｏ＃呵ａｎｄｅｘｐｌｏｒｅｓｔｈｅｃｕｎ．ｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐＩ．ｏｓｐｅｃｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｎｄｒｏｉｄ；Ｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；Ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ
ｌ引言
电源管理是移动设备中最关键的技术之一，特
别是对于现代的智能手机，具有大屏幕，高频处理器，大内存，各种外设多（ｇｐｓ，ｃ砌ｅｒａ，传感器），多任
务操作系统等特点，电源管理尤其显得重要。谷歌
的Ａｎｄｒｏｉｄ系统是一个平等开放的平台，其内核采
用ｌｉｎｕｘ，上层应用采用ｊａｖａ，由于其稳定、开发简易
及无法比拟的资源整合，其在智能手机市场中所占
份额越来越大。ｌｉｎｕｘ内核层面对电源管理的支持是Ａｎｄｍｉｄ电源管理技术基础。
２“ｎｕｘ电源管理
对“ｎｕｘ嵌入式系统而言，电源管理可以分为静态电源管理，动态电源管理，设备电源管理等三个方面。
２．１静态电源管理Ｌｉｎｕｘ内核支持ＯＮ，ｓｔａｎｄｂｙ，Ｓｕｓｐｅｎｄ和Ｈｉｂｅｒ—
Ｉｌａｔｅ四种电源状态。Ｓｔａｎｄｂｙ指“带电挂起”，通过将
ＣＰｕ置于ｈａｌｔ状态，将设备置于Ｄｌ状态来达到节
能的目的（ＡＣＰＩ规范中按能耗从高到低分Ｄ０～
Ｄ３）。节能效果不明显，但是响应延迟最小。Ｓｕｓ—
ｐｅｎｄ就是挂起到ＲＡＭ。在该状态下，所有设备被置
于Ｄ３状态，整个系统，除主存处于节电的自刷新模
式（ｓｅｌｆ—ｒｅｆｒｅｓｈ）外，全部关闭电源。响应延迟比
Ｓｔａｎｄｂｙ大。Ｈｉｂｅｍａｔｅ是通过将系统状态保存到非
易挥发性存储中（通常是磁盘），关闭整个系统的电
源。延迟时间最长，但比一次完整启动来得短。通
常情况下嵌入式设备都没有支持这种方式。
通过ｓｙｓｆｓ文件系统接口触发系统级电源状态
伤萱简佥：苏健（１９７５一），男，重庆市人，学士，主研方向：软件项目管理．嵌入式系统。
收稿日期：２０ｌＯ—１２—０６
万方数据５期苏健：Ａｎｄｍｉｄ智能手机平台电源管理技术・６７・
转化。转换管理是通过注册好的驱动来进行。例
如，ｐｒｅｐａｒｅ函数确认系统能够进入所请求的状态，并且进行相应的准备工作。例如通过禁止抢占和
“冷冻”所有进程来准备进入所请求的电源状态。
ｓａｖｅ函数枚举所有注册有电源管理能力的设备，保
存系统和处理器的低层状态。接着ＰＭ核心禁止中
断，关闭外部设备电源，调用Ｓｌｅｅｐ函数根据挂起级
别进入睡眠状态。在嵌人式设备挂起过程中可以通
过写人某些特殊的非易失性处理器寄存器来记录挂
起的原因和挂起时的代码执行地址。系统上电后引导程序先执行，从特殊寄存器中判断系统是否从深
度睡眠（Ｈｉｂｅｍａｔｉｏｎ）中恢复。如果是，则负责从非
易挥发性存储介质中恢复所有的硬件上下文。如果
不是，系统负责从ｓｌｅｅｐ（）函数处返回。给所有设备
上电，恢复中断。Ｒｅｓｔｏｒｅ函数被用来恢复系统的低
层调用，恢复设备上下文。ＣｌｅａＩｌｕｐ函数从ｓｌｅｅｐ状态恢复必须进行的清尾工作，例如抢占重新被允许，
系统恢复正常执行。当一次完整的转换完成后，ＣＰｕ执行权还给之前执行的进程。
２．２动态电源管理
动态电源管理技术提供一种操作系统级别的电
源管理能力，包含工作频率和电压，外部总线时钟频
率，外部设备时钟／电源等方面的动态调节及管理功
能等。通过用户层制定策略与内核提供管理功能交
互，实时调整电源参数同时来满足系统实时应用的需求，允许电源管理参数在短时间的空闲或任务运
行在低电源需求时，可以被频繁地、低延迟地调整，
从而实现更精细、更智能的电源管理。
通过调节电压、频率来减少系统活动功耗需要
硬件支持。系统一般有多个执行单元，如电源管理
模块、片上晶振模块、锁相环模块、ＣＰＵ核以及ＣＰＵ
核中的数据缓存和指令缓存，其他模块统称为外围
模块（例如ＬＣＤ控制器、ＵＡＲＴ、ＳＤＲＡＭ控制器等）。
ＣＰＵ高频时钟主要由ＰＬＬ提供，同时ＰＬＬ也为外围
模块和总线提供其他频率时钟。电源管理模块主要管理系统的电源供应状态。一般有自己的低频、高
准确度晶振，用以维持一个ＲＴＣ时钟、ＲＴＣ定时器和中断控制单元。其中中断控制单元使ＲＴｃ定时
器和外部设备能够唤醒挂起的系统。
２．３设备电源管理
在某些设备闲置时可以被主动关闭，从而节电。
在２．６内核中需要实现总线以及设备的电源管理支持，在驱动中需要实现设备驱动的ｓｕｓｐｅｎｄ／ｒｅｓｕｍｅ
函数。
关闭一个设备。其驱动的ｓｕ８ｐｅｎｄ方法需要两
个不同的调用，一个用来保存状态．另外一个用来关
闭设备电源。相反，ｒｅｓｕｍｅ方法需要一个调用用来
给设备供电，另一个调用来恢复设备的状态。在关
闭一个总线设备时必须关闭所有的下一级子设备。
相反地，重新使能总线设备时，必须先使能根设备，然后再使能子设备。
３ａｎｄｒｏｉｄ电源管理
Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机平台的操作系统仍然是
ＵＮＵｘ，只是在ＬＩＮｕＸ内核的基础上增加了Ａｎｄｒｏｉｄ
相关的驱动，也就是ＵＮｕｘ的蹦ｖｅ璐目录下的ａｎ．
ｄｒｏｉｄ，其中包括ａｌａｎｎ。ｂｉｎｄｅｒ。ｐｍｅｍ，ｐｏｗｅｒ，ｔｉｍｅｄ—ｇｐｉｏ等模块。
Ｐｏｗｅｒ模块就是针对Ａｎｄｍｉｄ智能手机平台的
电源管理模块，也是应用和驱动结合的模块。Ａｎ．
ｄｒｏｉｄ的电源管理和标准ＵＮＵＸ的电源管理还是有
很大的差别。
标准ｕＮｕｘ的电源管理接口：
ｅｃｈｏ’’ｓｔａｎｄｂｙ”＞／８ｙ＆／ｐｏｗｅｒ／ｓｔａｔｅ
ｅｃｈｏ”ｍｅｍ’’＞／ｓｙ＆／ｐｏｗｅｒ／ｓｔａｔｅｅｃｈｏ”ｄｅｅｐｓｌｅｅｐ”＞／ｓｙ∥ｐｏｗｅＩ．／ｓｔａｔｅＡｎｄｒｏｉｄ的电源管理接口：
ｅｃｈｏ”ｓｔａｎｄｂｙ”＞／ｓｙ＆／ａｎｄｒｏｉｄ—ｐｏｗｅｒ／ｒｅｑｕｅ３【一Ｓｔａｔｅ
ｅｃｈｏ’’ｗａｋｅ”＞／ｓｙｓ／ａｎｄｍｉｄ—ｐｏｗｅｒ／ｒｅｑｕｅｓｔ—ｓｔａｔｅｃａｔ／ｓｙ∥蛐ｄｒｏｉｄ—ｐｏｗｅｒ／ａｃｑｕｉｒｅ—ｐａｎｉａｌ—ｗａｋｅ—Ｉｏｃｋ
ｃａｔ／ｓｙｓ／ａｎｄｍｉｄ—ｐｏｗｅｒ／ｒｅｌｅ踮ｅ—ｗａｋｅｊｏｃｋ
ｃａｔ／ｓｙｓ／ａｎｄｒｏｉｄ－ｐｏｗｅｒ／ｒｅｑｕｅ虬一ｓｔａｔｅ接下来从Ｊａｖａ应用层面，Ａｎｄｍｉｄｆｒａｍｅｗｏｒｋ层
面，“ｎｕｘ内核层面分别进行详细讨论：
３．１Ｊａｖａ应用层面
Ａｎｄｒｏｉｄ提供了现成的ａＪｌｄｒｏｉｄ．ｏｓ．ＰｏｗｅｒＭａｎａｇ．
ｅｒ类，该类用于控制设备电源状态的切换。该类对
外有三个接口函数：
ＶｏｉｄｇｏＴｏｓｌｅｅｐ（１０ｎｇｔｉｍｅ）；／／强制设备进入
Ｓ１ｅｅｐ状态
ｎｅｗｗａｋｅＬｏｃｋ（ｉｎｔｎａｇｓ，Ｓｔｒｉｎｇｔａｇ）；／／取得相
应层次的锁
万方数据・６８・微处理机２０１１年
ｖｏｉｄｕｓｅｒＡｃｔｉｖｉｔｙ（１０ｎｇｗｈｅｎ，ｂｏｏｌｅａＩｌｎｏＣｈａｎｇｅ一
“ｇｈｔｓ）．／／ｕ￥ｅｒａｃｔｉｖｉｔ）ｒ事件发生，设备会被切换到
Ｆｕｌｌｏｎ状态，同时ＲｅｓｅｔＳｃｒｅｅｎｏｆｆｔｉｍｅｒ．
３．２Ａｎｄｒｏｉｄｆｒａｍｅｗｏｒｋ层面
Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ层面主要代码文件如下：
ｆｈｍｅｗｏｒｋｓ＼ｂａｓｅ＼ｃｏｒｅ＼ｉａｖａ＼ａｎｄｍｉｄ＼ｏｓ＼Ｐｏｗｅｒ—
ＭａＩｌａｇｅｒ．ｊａＶａｆｈｍｅｗｏｒｋｓ＼ｂａｓｅ＼ｓｅｎ五ｃｅｓ＼ｉａｖａ、ｃｏｍ＼锄ｄｒｏｉｄ、
ｓｅｒｖｅｒ、Ｐ０ｗｅｒＭａｎａｇｅｒｓｅｎ，ｉｃｅ．ｊａｖａ
ｆｈｍｅｗｏｒｋｓ＼ｂａｓｅ＼ｃｏｒｅ、ｊａｖａ、锄ｄｒｏｉｄ＼ｏｓ＼Ｐ０ｗｅｒ．
ｊａＶａｆ｝帅ｅｗｏｒｋｓ＼ｂａｓｅ＼ｃｏｒ℃＼ｊｎｉ＼ａｎｄｒｏｉｄ—ｏｓ—ｐｏｗｅｒ．ｃｐｐ
ｈａｒｄｗａｒｅ＼ｌｉｂｈａｒ（１ｗａｒｅ＼ｐｏｗｅｒ＼ｐｏｗｅｒ．ｃ其中ＰｏｗｅｒＭａｎａｇｅ焉ｅｎｒｉｃｅ．ｊａｖａ是核心，Ｐｏｗｅｒ．
ｊａｖａ提供底层的函数接口，与ＪＮＩ层进行交互，ＪＮＩ
层的代码主要在文件ａｎｄｍｉｄ—ｏｓ—Ｐｏｗｅｒ．ｃｐｐ中，与Ｌｉｎｕ）【ｋｅｍｅｌ交互是通过Ｐ０ｗｅｒ．ｃ来实现的，Ａｎｄｒｉｏｄ
跟Ｋｅｍｅｌ的交互主要是通过ｓｙｓ文件的方式来实现
的，具体请参考Ｋｅｍｅｌ层的介绍。
３．３“ｎｕｘ内核层面
Ａｎｄｒｏｉｄ的电源管理主要是通过Ｗａｋｅｋｋ来
实现的，在最底层主要通过如下三个队列来实现其
管理：
ｓｔａｔｉｃＬＩｓＴ—ＨＥＡＤ（ｇｊｎａｃｔｉｖｅｊｏｃｋｓ）；
ｓｔａｔｉｃＬＩＳＴ—ＨＥＡＤ（ｇ—ａｃｔｉＶｅ—ｐａｎｉａｌ—ｗａｋｅ—ｌｏｃｋｓ）；
ｓｔａｔｉｃＬＩＳＴ—ＨＥＡＤ（＆Ｊｃｔｉｖｅ－ｆｈＵ二ｗａｋｅｊｏｃｋｓ）；
所有初始化后的ｋｋ都会被插入到ｇ－ｉＩｌａｃｔｉｖｅ一１０ｃｋｓ队列中，而当前活动的ｐ枷ａｌｗａｋｅｌｏｃｋ都会被
插入到ｇ—ａｃｔｉｖｅ—ｐａＩｔｉａｌ—ｗａｋｅ＿１０ｃｋｓ队列中，活动的
ｆｕＵｗａｋｅｌｏｃｋ被插入到ｇ—ａｃｔｉｖｅ—ｆｕＵ—ｗａｋｅ—ｋｋｓ队
列中，所有的ｐ叭ｉａｌｗａｋｅｌｏｃｋ和ｆｕＵｗａｋｅｌｏｃｋ在过
期后或ｕｎｌｏｃｋ后都会被移到ｉｎａｃｔｉｖｅ队列，等待下次调用。
在Ｋｅｍｅｌ层使用ｗａｋｅｌｏｃｋ步骤如下：
（１）调用函数ａｎｄｒｏｉｄ－ｉｎ“一８ｕｓｐｅｎＱ＿ｌｏｃｋ初始化一个ｗａｋｅｌｏｃｋ（２）调用相关申请ｋｋ的函数ａｎｄｒｏｉｄ—ｋｋ—
ｓｕｓｐｅｎｄ司￡ａｎｄｌ－ｏｉｄ—ｌｏｃｋ—ｓｕｓｐｅｎｄ—ａｕｔｏ—ｅｘｐｉＩｅ请求‰ｋ，这里只能申请ｐａｒｔｉａｌｗａｋｅｌｏｃｋ，如果要申请ＦｕＵｗａｋｅｌｏｃｋ，则需要调用函数ａｎｄｒｏｉｄ—ｌｏｃｋ—ｐａｒｔｉａｌ
？ｕｓｐｅｎｄ—ａｕｔｏ—ｅｘｐｉｒｅ（该函数没有Ｅ）（ＰＯＲＴ出来），这个命名有点奇怪，不要跟前面的ａｎｄｒｏｉｄｊｏｃｋ—ｓｕｓ—
ｐｅｎｄ＿ａｕｔｏ．ｅｘｐｉｒｅ搞混了ｏ
（３）如果是ａｕｔｏｅｘｐｉｒｅ的ｗａｋｅｌｏｃｋ则可以忽
略，不然则必须及时把相关的ｗａｋｅｌｏｃｋ释放掉，否
则会造成系统长期运行在高功耗状态。
（４）在驱动卸载或不再使用Ｗａｋｅｌｏｃｋ时请记
住及时调用ａｎｄｍｉｄ＿ｕｎｉｎ“一ｓｕｓｐｅｎＱ—ｌｏｃｋ释放资源。系统有三种状态：ｕｓＥＲ—ＡｗＡｌ＠（ＦｕＵｏｎｓｔａ—ｔｕｓ）；ＵＳＥＲ—ＮＯＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮ（ＥａｄｙｓｕｓｐｅｎｄｅｄｄｒｉＶｅｒ
ｂｕｔＣＰＵｋｅｅｐｏｎ）；ＵＳＥＲ—ＳＬＥＥＰ（ＣＰＵｅｎｔｅｒｓｌｅｅｐｍｏｄｅ）。系统正常开机后进入到ＡＷＡＫＥ状态，Ｂａｃｋｌｉ曲ｔ会从最亮慢慢调节到用户设定的亮度，系
统ｓｃｒｅｅｎ硪ｔｉｍｅｒ（ｓｅｔｔｉｎｇｓ一＞ｓｏｕｎｄ＆ｄｉｓｐｌａｙ一＞
Ｄｉｓｐｈｙｓｅｔｔｉｎｇｓ一＞ｓｃｒｅｅｎｔｉｍｅｏｕｔ）开始计时，在计
时时间到之前，如果有任何的ａｃｔｉｖｉｔ）ｒ事件发生，如
Ｔ０ｕｃｈｃｌｉｃｋ，ｋｅｙｂｏａｒｄｐｒｅｓｓｅｄ等事件，则将Ｒｅｓｅｔ
ｓｃｒｅｅｎｏｆｆｔｉｍｅｒ，系统保持在ＡｗＡＫＥ状态。如果有
应用程序在这段时间内申请了ＦｕＵｗａｋｅｌｏｃｋ，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８ｃｒｅｅｎｏ珏ｔｉｍｅｒ时间到并且选中Ｋｅｅｐ
ｓｃｒｅｅｎｏｎｗｈｉｌｅｐｌｕｇｅｄｉｎ选项，ｂａｃｋｌｉ出ｔ会被强制调
节到ＤＩＭ状态。
如果ｓｃｒｅｅｎｏｆｆｔｉｍｅｒ时间到并且没有ＦｕＵｗａｋｅ
ｌｏｃｋ或者用户按了ｐｏｗｅｒｋｅｙ，那么系统状态将被切
换到ＮＯＴＩＦＩＣＡｌ＇ＩＯＮ，并且调用所有已经注册的¨ａｄｙ—ｓｕｓｐｅｎＱ—ｈａｎｄｌｅｒｓ函数，通常会把ＬＣＤ和
Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ驱动注册成ｅａｄｙｓｕｓｐｅｎｄ类型，如有需要
也可以把别的驱动注册成ｅａｒｌｙｓｕｓｐｅｎｄ，这样就会
在第一阶段被关闭。接下来系统会判断是否有
ｐａｎｉａｌｗａｋｅｌｏｃｋａｃｑｕｉｒｅｄ，如果有则等待其释放，在等待过程中如果有ｕｓｅｒａｃｔｉｖｉｔｙ事件发生，系统则马
上回到ＡｗＡＫＥ状态；如果没有ｐａｎｉａｌｗａｋｅｌｏｃｋａｃ．ｑｕｉｒｅｄ，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
ｗａｋｅｕｐｓｏｕｒｃｅ，则ＣＰｕ会从Ｓｌｅｅｐ状态被唤醒，并且
调用相关驱动的ｒｅｓｕｍｅ函数，接下来马上调用前期
注册的ｅｄｙｓｕｓｐｅｎｄ驱动的ｒｅｓｕｍｅ函数，最后系统
状态回到ＡＷＡＫＥ状态。
Ａｎｄｒｏｉｄ与标准Ｌｉｎｕｘ休眠的区别：
ｐｍ—ｓｕｓｐｅｎｄ（）虽然会调用ｅｎｔｅｒ—ｓｔａｔｅ（）来进
万方数据