對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，電源管理是比較重要的。為了讓設(shè)備有更長(zhǎng)的待機(jī)和工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完善的電源管理功能也是必須的。下文將講述如何實(shí)現(xiàn)電源管理。

    [背景和早期版本]

　　我們對(duì)電源管理的目的是出于節(jié)能，使系統(tǒng)適時(shí)的進(jìn)出休眠狀態(tài)是節(jié)能的基本方法。比如用戶(hù)按下On/Off按鈕，或者監(jiān)視用戶(hù)活動(dòng)的定時(shí)器超時(shí)，或者應(yīng)用呼叫API（Application Programming Interface）都可以使得系統(tǒng)休眠，如果想讓系統(tǒng)退出休眠，用戶(hù)再次按下On/Off或者其他喚醒中斷即可。從而可見(jiàn)，電源管理模塊和用戶(hù)活動(dòng)情況密不可分，電源管理是用戶(hù)活動(dòng)所驅(qū)動(dòng)的。 WinCE中處理用戶(hù)與系統(tǒng)交互的部分是GWES（Graphics,Windows and Events Subsystem.圖形，窗口和事件子系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)圖形輸出和用戶(hù)交互）所以早期電源管理工作是由GWES來(lái)實(shí)現(xiàn)。但GWES提供的電源管理模塊功能過(guò)于粗糙死板：所有子設(shè)備只能有On和Suspend狀態(tài)，應(yīng)用程序無(wú)法得到任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換通知，等等……直到WinCE4.0才引入了電源管理模塊用以替代GWES中的電源管理功能。（進(jìn)一步的，為了方便電源管理模塊的集中管理，還需要關(guān)閉原來(lái)GWES對(duì)電源管理功能。方法是注冊(cè)表HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Power設(shè)置DisableGwesPowerOff=1來(lái)禁止GWES插手電源管理。系統(tǒng)是默認(rèn)禁止的。此外，一些用戶(hù)活動(dòng)情況仍舊依賴(lài)GWES獲得，設(shè)置注冊(cè)表HKLM\system\GWE下的ActivityEvent=PowerManager/ActivityTimer/UserActivity.從而告訴GWES,當(dāng)鼠標(biāo)，鍵盤(pán)，觸摸屏等輸入發(fā)生時(shí)候，GWES要SetEvent這個(gè)全局事件以通知電源管理模塊。）

　　新的電源管理模塊提供更完整和更靈活的功能，使系統(tǒng)電源可以自由靈活的設(shè)定，子設(shè)備電源狀態(tài)可以單獨(dú)設(shè)定，應(yīng)用可以獲得電源通知等等。

　　[系統(tǒng)電源]

　　OEM可以依據(jù)需要定義如On,ScreenOff,UserIdle,SystemIdle,Suspend等任意系統(tǒng)電源狀態(tài)。系統(tǒng)電源狀態(tài)更多的是代表系統(tǒng)電源的一種配置方案，它是各個(gè)子設(shè)備電源配置的集合。它設(shè)定一種可能會(huì)出現(xiàn)的情景，并且事先擬定了此情景下電力分配策略（哪些子設(shè)備打開(kāi)，哪些子設(shè)備關(guān)閉）。

    On可以代表常規(guī)工作的情景，所有子設(shè)備打開(kāi)的狀態(tài)；

    ScreenOff可以代表LCD被用戶(hù)請(qǐng)求關(guān)閉的情景，LCD背燈電源被關(guān)閉的狀態(tài)；

    UserIdle可以代表用戶(hù)一段時(shí)間沒(méi)有操作的情景，cpu/soc將進(jìn)入low power的狀態(tài)；

    Suspend可以代表設(shè)備空閑很久了可以?huà)炱鸬那榫?，所有非必要供電的子設(shè)備電源關(guān)閉的狀態(tài)；

    等等…系統(tǒng)的電源狀態(tài)的定義很靈活而且自由。 可以在注冊(cè)表定義系統(tǒng)電源狀態(tài)。比如：

　　[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Power\State\On]

　　"Default"=dword:0;D0

　　"Flags"=dword:10000;POWER_STATE_ON

　　上面定義了On狀態(tài)，F(xiàn)lags是附加的狀態(tài)信息（hints），對(duì)應(yīng)pm.h中的宏定義POWER_STATE_ON.defaule表示在這個(gè)狀態(tài)下所有子設(shè)備的默認(rèn)狀態(tài)。

　　制訂系統(tǒng)電源管理策略是電源管理模塊的重點(diǎn)，這包括定義系統(tǒng)電源狀態(tài)，決定狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的條件。用默認(rèn)的版本為例子，簡(jiǎn)單圖示如下：

 

　　On:用戶(hù)與系統(tǒng)交互時(shí)候的狀態(tài)。

　　UserIdle: 代表用戶(hù)停止輸入，但可能仍然在使用的情景，比如閱讀文件。

　　SystemIdle: 代表用戶(hù)停止使用設(shè)備，但處理器仍然工作的情景，比如，后臺(tái)文件傳輸。

　　Suspend: 代表休眠狀態(tài)。

　　用戶(hù)在使用時(shí)候，系統(tǒng)處于On狀態(tài)，用戶(hù)停止輸入，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入U(xiǎn)serIdle狀態(tài)，持續(xù)沒(méi)有輸入時(shí)間后，進(jìn)入SystemIdle狀態(tài)，持續(xù)一段時(shí)間后，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入Suspend狀態(tài)。應(yīng)用程序也可以調(diào)用SetSystemPowerState（）來(lái)進(jìn)行狀態(tài)切換。

　　在這個(gè)基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的平臺(tái)特點(diǎn)，增加新的策略就基本可以滿(mǎn)足常規(guī)產(chǎn)品需要。

　?。?） On/Off按鍵。

    ① 電源管理模塊已經(jīng)支持了電源按鍵功能，直接的辦法可以在pdd中增加電源按鍵定義，按鍵io的初始化，檢測(cè)等等；

    ② 從外部發(fā)送消息給電源管理模塊來(lái)通知按鍵事件；

    ③ 使用api直接轉(zhuǎn)換狀態(tài)。即不使用電源管理模塊提供的按鍵功能，直接調(diào)用SetSystemPowerState使得系統(tǒng)進(jìn)入Suspend狀態(tài)。

    這是很常見(jiàn)的做法，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)電源按鍵的流驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)到按鍵時(shí)候，呼叫api將系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換到Suspend.

　?。?） 加入背燈控制。

    比如在On狀態(tài)下打開(kāi)請(qǐng)求顯示驅(qū)動(dòng)打開(kāi)背燈，在UserIdle和SystemIdle狀態(tài)下請(qǐng)求顯示驅(qū)動(dòng)關(guān)閉背燈。

　　[設(shè)備電源]

　　支持電源管理的設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，還有很多例子。簡(jiǎn)單介紹如下：

　　電源管理模塊并不是直接對(duì)子設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)控制，而是由各個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)控制的。電源管理模塊透過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的IOCTLs來(lái)請(qǐng)求設(shè)備控制自身電源。系統(tǒng)電源狀態(tài)是靈活自由設(shè)定的，只有設(shè)備電源狀態(tài)是固定的，多有5個(gè)：D0,D1,D2,D3,D4代表Full on,Low on, Standby, Sleep, Off這5個(gè)狀態(tài)。

　　不是所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都支持電源管理（至少，在電源管理出現(xiàn)前的早期的設(shè)備驅(qū)動(dòng)不會(huì)支持）。電源管理模塊對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)提出了一個(gè)規(guī)范和架構(gòu)，只有滿(mǎn)足規(guī)范的驅(qū)動(dòng)才能納入電源管理。如果流驅(qū)動(dòng)控制的設(shè)備想要得到電源管理的支持要滿(mǎn)足的條件，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)有：

    ① 聲明自己是支持電源管理的（Iclass值）；

    ② 驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)電源管理模塊所要求的IOCTLs;

    ③ 驅(qū)動(dòng)加載時(shí)候要匯報(bào)所支持的電源狀態(tài)和相關(guān)特征；

    ④ ***_PowerDown和***_PowerUp接口接收系統(tǒng)休眠和喚醒通知。

    除此之外，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)還應(yīng)該了解：設(shè)備不一定具備所有5種狀態(tài)，但至少可以工作在D0;電源管理模塊可能會(huì)要求設(shè)備進(jìn)入任何設(shè)備電源狀態(tài)，并不僅僅是設(shè)備所匯報(bào)自己支持的那幾個(gè)；如果被要求進(jìn)入不支持的狀態(tài)，應(yīng)該進(jìn)入另一個(gè)它所支持的更高功耗的狀態(tài)；當(dāng)前狀態(tài)不需要重復(fù)設(shè)置；設(shè)備電源狀態(tài)不一定和系統(tǒng)的電源狀態(tài)同步。除了流驅(qū)動(dòng)外，還有許多內(nèi)建驅(qū)動(dòng)需要支持電源管理功能。簡(jiǎn)單總結(jié)：

    ① 顯示驅(qū)動(dòng)通過(guò)ExtCode接口（SETPOWERMANAGEMENT命令，類(lèi)似IOCTLs）來(lái)控制顯示驅(qū)動(dòng)的電源，還控制背燈；

    ② 鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)的接口KeybdDriverPowerHandler;

    ③ 觸摸屏是TouchPanelPowerHandler;

    ④ 內(nèi)建網(wǎng)絡(luò)miniport驅(qū)動(dòng)是MiniportReset接口；

    ⑤ PCMCIA驅(qū)動(dòng)是PowerUp和PowerDown.還有打印機(jī)，紅外等一些內(nèi)建驅(qū)動(dòng)。

　　[OAL對(duì)電源管理的支持]

　　[系統(tǒng)的 idle狀態(tài)]

　　當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有線(xiàn)程準(zhǔn)備運(yùn)行的時(shí)候，內(nèi)核就調(diào)用OEMIdle（）。這個(gè)函數(shù)在bsp中，可以由OEM來(lái)修改定制。一般我們?cè)谶@個(gè)函數(shù)里面會(huì)要求cpu進(jìn)入low power狀態(tài)節(jié)省電流消耗。一般的cpu/soc都提供了對(duì)應(yīng)idle的睡眠模式。當(dāng)中斷發(fā)生或者喚醒事件發(fā)生時(shí)候，要保證cpu快速離開(kāi)idle狀態(tài)，返回運(yùn)行狀態(tài)。

　　系統(tǒng)idle狀態(tài)和前面說(shuō)的UserIdle狀態(tài)概念不同，前者是cpu負(fù)荷情況驅(qū)動(dòng)，代表系統(tǒng)空閑；后者是用戶(hù)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)，代表用戶(hù)空閑。

　　一個(gè)OEMIdle（）的推薦流程：

　　a） 根據(jù)dwReschedTime變量來(lái)計(jì)算下次喚醒時(shí)間

　　b） 判斷sleep類(lèi)型，假如需要，調(diào)整喚醒時(shí)間

　　c） Idle處理器和時(shí)鐘

　　d） 中斷發(fā)生

　　e） 判斷喚醒源

　　f） 更新CurMSec,idle計(jì)數(shù)值。

　　[系統(tǒng)suspend狀態(tài)]

　　當(dāng)用戶(hù)按下OFF按鈕或者應(yīng)用調(diào)用api進(jìn)入suspend狀態(tài)時(shí)候，內(nèi)核會(huì)調(diào)用OEMPowerOff（）函數(shù)。在OEMPowerOff（）函數(shù)里面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掛起，并且系統(tǒng)喚醒后繼續(xù)從OEMPowerOff（）被掛起處執(zhí)行。OEMPowerOff（）時(shí)候要進(jìn)入睡眠模式，睡眠模式根據(jù)cpu芯片的sleep模式來(lái)選擇，要選擇功耗的模式。如果cpu芯片提供的功耗模式是PowerDown模式，處理工作就比較復(fù)雜了，因?yàn)閱拘押笫菑膔eset處開(kāi)始執(zhí)行，要恢復(fù)掛起時(shí)候的環(huán)境，使得應(yīng)用程序不知道自己被掛起過(guò)。一般按照這樣流程來(lái)處理：關(guān)屏，清framebuffer,保存必須的寄存器到內(nèi)存，設(shè)置io,保存通用寄存器，保存wakeup地址，靜止中斷，清除cache,使能喚醒源中斷，設(shè)置sdram自刷新，cpu進(jìn)入PowerDown.喚醒后的流程相反即可。除了PowerDown模式之外的其他模式，如慢時(shí)鐘模式，相對(duì)來(lái)說(shuō)處理就簡(jiǎn)單了很多，重要的是設(shè)置喚醒源（一般是任何中斷可喚醒），sdram進(jìn)入自刷新?tīng)顟B(tài)。

　　[SDRAM的控制]

　　sdram是的電力消耗設(shè)備，系統(tǒng)里面一般除了lcd背光外，沒(méi)有基本沒(méi)有耗電的了。sdram常見(jiàn)有mobile sdram和normal sdram這2種，mobile sdram相對(duì)于normal sdram增加了溫度補(bǔ)償自刷新，局部陣列自刷新，深度休眠特性，更加適合功耗限制設(shè)備，（但mobile sdram工作在更低電壓（1.8~2.5v），我想，對(duì)有些3.3v總線(xiàn)的cpu未必適合，因?yàn)榭偩€(xiàn)會(huì)增加很多電平轉(zhuǎn)換的電路。）

　　在OEMPowerOff（）函數(shù)里面，保存好當(dāng)前環(huán)境到sdram,然后使得sdram進(jìn)入自刷新?tīng)顟B(tài)，cpu就可以進(jìn)入功耗的sleep模式。喚醒后需要退出自刷新?tīng)顟B(tài)。

　　[應(yīng)用層于電源管理]

　　電源管理模塊也提供了應(yīng)用層接口，使得應(yīng)用程序也可以參與到電源管理。

　　應(yīng)用層可以通過(guò)SetSystemPowerState（）來(lái)設(shè)置系統(tǒng)電源狀態(tài)，可以通過(guò)SetDevicePower來(lái)設(shè)置子設(shè)備電源狀態(tài)，可以通過(guò)SetPowerRequirement通知電源管理模塊將子設(shè)備設(shè)置在特殊電源狀態(tài)下，不隨系統(tǒng)電源改變。此外，電源管理還提供了消息隊(duì)列，應(yīng)用層還可以通過(guò)RequestPowerNotifications函數(shù)請(qǐng)求電源管理模塊發(fā)送相關(guān)消息（PBT_RESUME, PBT_POWERSTATUSCHANGE, PBT_TRANSITION, PBT_POWERINFOCHANGE）。

　　設(shè)計(jì)應(yīng)用程序也許有幾點(diǎn)值得考慮：不隨便占用cpu,盡可能快的讓出cpu.比如一個(gè)很小的動(dòng)畫(huà)，哪怕只占1%的cpu也會(huì)導(dǎo)致一些系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)入低功耗。這里是2點(diǎn)建議：

    （1）當(dāng)應(yīng)用不在foreground時(shí)候，停止占用cpu;

    （2）用戶(hù)沒(méi)有和應(yīng)用交互時(shí)候，停止應(yīng)用對(duì)cpu的占用。

    另外一些應(yīng)用的情況恰恰相反，播放媒體文件時(shí)候，當(dāng)開(kāi)始播放時(shí)候，不自動(dòng)進(jìn)入suspend模式。

    （1）每隔一些時(shí)間就reset定時(shí)器；

    （2）或者設(shè)置所有定時(shí)器為0,停止電源管理（tcpmp就是這樣的）。

　　[電源管理的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)]

　　電源管理模塊實(shí)體是一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)pm.dll來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？梢栽趐b的catalog窗口中選擇電源管理組件添加到os中。如下圖，微軟提供了2個(gè)選擇（二選一）。

    個(gè)代表完整功能，所有api全功能實(shí)現(xiàn)。

    第二個(gè)代表空實(shí)現(xiàn)（形式上提供接口，但空函數(shù)）。

　　電源管理模塊的代碼結(jié)構(gòu)是分層的，MDD PDD.MDD是抽象公共庫(kù)，不需要改動(dòng)，PDD是平臺(tái)相關(guān)，主要改動(dòng)都在PDD.針對(duì)平臺(tái)特性，微軟提供了2種類(lèi)型PDD示例。一種是default,另外一種是pda版本的。默認(rèn)的情況，使用的是default.如果要使用pda版本的，需要在系統(tǒng)中指定環(huán)境變量SYSGEN_PM_PDA. default和pda版本的主要區(qū)別：

　　default版本定義了4種狀態(tài)：On, UserIdle, SystemIdle, Suspend;

　　PDA版本定義了On, ScreenOff, Unattended, Resume, Suspend.

　　default版本的簡(jiǎn)單描述：UserIdle狀態(tài)是描述用戶(hù)在使用但沒(méi)有操作，比如閱讀。SystemIdle狀態(tài)描述用戶(hù)停止使用，但系統(tǒng)仍然工作，比如文件傳輸。

　　PDA版本簡(jiǎn)單描述：ScreenOff狀態(tài)描述用戶(hù)請(qǐng)求把屏幕背燈關(guān)閉。是用戶(hù)主動(dòng)關(guān)閉的情況，區(qū)別于UserIdle,UserIdle是自動(dòng)的。Unattended狀態(tài)表示后臺(tái)工作，用戶(hù)不會(huì)對(duì)其察覺(jué)的情景，比如ActiveSync每5分鐘喚醒系統(tǒng)同步，然后繼續(xù)suspend; Resume狀態(tài)描述喚醒后情景，比如喚醒后在指定時(shí)間內(nèi)決定轉(zhuǎn)到哪個(gè)狀態(tài)，否則繼續(xù)suspend.

　　[定制電源管理模塊的方法]

　　Pm.dll是由device.exe加載的，首先device.exe當(dāng)然是必須的，在pb的catalog中檢查Device Manager組件，或者檢查SYSGEN_DEVICE變量。其次，仍舊應(yīng)該選擇上圖的電源管理組件power management full.

　　方案一（推薦方案）：在bsp的驅(qū)動(dòng)目錄中新建一個(gè)pm目錄，在這里完成電源管理模塊PDD部分的實(shí)現(xiàn)，并鏈接MDD終生成一個(gè)pm.dll替代原來(lái)系統(tǒng)的pm.dll.

　　PDD參考微軟提供的代碼platform.cpp,主要修改是增加狀態(tài)轉(zhuǎn)換的動(dòng)作執(zhí)行單元。

　　方案二：完全不修改電源管理部分，因?yàn)槟J(rèn)的PDD在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)候雖然沒(méi)有動(dòng)作，但是廣播了PBT_TRANSITION消息，可以截獲這個(gè)消息來(lái)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這樣作法不如方案一直接。如果是進(jìn)程實(shí)現(xiàn)，還浪費(fèi)一個(gè)寶貴進(jìn)程資源。

　　[影響系統(tǒng)功耗各方面考慮]

　?。?）系統(tǒng)時(shí)鐘周期

　　典型的WinCE系統(tǒng)時(shí)鐘周期是1ms,增加時(shí)鐘周期有助進(jìn)一步降低設(shè)備功耗。在OEMInit（）àOALTimerInit（）修改系統(tǒng)時(shí)鐘。

　　（2）可變系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍Variable Tick Scheduler

　　典型設(shè)計(jì)里wince每毫秒產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘中斷，那么每隔1ms都會(huì)使得idle退出，如果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有線(xiàn)程就緒時(shí)候繼續(xù)idle. 對(duì)有功耗限制的設(shè)計(jì)，可以考慮改變系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍后進(jìn)入idle狀態(tài)。這樣在預(yù)期的時(shí)間段里，idle狀態(tài)不會(huì)被無(wú)謂的系統(tǒng)時(shí)鐘中斷喚醒。

　　（3）LCD背燈的調(diào)節(jié)策略

　　早期的設(shè)計(jì)使用一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)背燈的控制和調(diào)節(jié)策略。背燈驅(qū)動(dòng)原理是啟動(dòng)一個(gè)監(jiān)視工作線(xiàn)程，不停等待3個(gè)事件：

　?、?BackLightChangeEvent

　?、?PowerChangedEvent（供電電源發(fā)生變化，比如插手了AC電源，會(huì)獲得了這個(gè)事件）

　?、?PowerManager/ActivityTimer/UserActivity（用戶(hù)輸入事件）

　　從注冊(cè)表中讀取超時(shí)值，當(dāng)超時(shí)事件發(fā)生，則將系統(tǒng)背燈關(guān)閉。背燈關(guān)閉期間，用戶(hù)重新活動(dòng)時(shí)候，發(fā)生第3個(gè)事件，則打開(kāi)背燈。注冊(cè)表的超時(shí)值決定了背燈工作時(shí)間。類(lèi)同pc上設(shè)置屏幕保護(hù)時(shí)間。此外，背燈驅(qū)動(dòng)也需要提供對(duì)系統(tǒng)電源狀態(tài)切換的支持。power down時(shí)候要關(guān)閉背燈，power up時(shí)候打開(kāi)背燈。

　　電源管理模塊可以定義一種系統(tǒng)電源狀態(tài)來(lái)描述背燈關(guān)閉的情景（比如在UserIdle或者ScreenOff狀態(tài)時(shí)候關(guān)閉背燈，On狀態(tài)時(shí)候打開(kāi)背燈）所以，背燈驅(qū)動(dòng)可以被取消。

　?。?）IO口的漏電流

　　空載IO避免設(shè)置成為輸入口，考慮懸空輸入導(dǎo)致門(mén)電路開(kāi)關(guān)，造成電流消耗。負(fù)載IO依照情況設(shè)定，一般設(shè)置輸出低。

　　（5）電池驅(qū)動(dòng)

　　監(jiān)視系統(tǒng)電力是電池驅(qū)動(dòng)主要的功能。它提供了其他模塊和應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)電源狀態(tài)的查詢(xún)，查詢(xún)是AC,還是battary供電，查詢(xún)電池電量等

    關(guān)于API

    API是一些預(yù)先定義的函數(shù)，目的是提供應(yīng)用程序與開(kāi)發(fā)人員基于某軟件或硬件的以訪(fǎng)問(wèn)一組例程的能力，而又無(wú)需訪(fǎng)問(wèn)源碼，或理解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié)。API除了有應(yīng)用"應(yīng)用程序接口"的意思外，還特指 API的說(shuō)明文檔，也稱(chēng)為幫助文檔。另外，也是美國(guó)石油協(xié)會(huì)、空氣污染指數(shù)、醫(yī)藥、空中位置指示器的英文簡(jiǎn)稱(chēng)。