WinCE電源管理應(yīng)對移動嵌入式能耗瓶頸

1、wince電源管理應(yīng)對移動嵌入式能耗瓶頸陪同著移動產(chǎn)品的普及，已經(jīng)成為重要技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)品的有機(jī)組成。典型移動嵌入式設(shè)備對能耗越來越敏感，電源管理技術(shù)正成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。為了應(yīng)對電源管理瀕臨的挑戰(zhàn)，如何設(shè)計(jì)出高效的嵌入式系統(tǒng)的電源管理已成為討論熱點(diǎn)。典型移動嵌入式系統(tǒng)能耗主要部件包括嵌入式微處理器cpu、內(nèi)存、及背光、電源轉(zhuǎn)換部件、外設(shè)控制器等。在這些元件中，有些元件能耗固定，有些元件可在不同時光段工作并有多種可控的耗能狀態(tài)，后者的有效用法成為嵌入式系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵所在。1什么是wince電源管理（1）電源管理概念與辦法在電池供電的移動嵌入式系統(tǒng)中，普通采納高效率的電源芯片用于供電管理，或采

2、納大容量的電池以解決能耗需求，但這兩種技術(shù)的進(jìn)展還無法滿足移動嵌入式設(shè)備的動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗。有一種辦法可以協(xié)調(diào)高性能與低功耗之間的沖突，就是按照系統(tǒng)負(fù)載舉行性能調(diào)整,通過停止某些模塊的時鐘和電源供給將能耗降至最低。嵌入式系統(tǒng)按功率消耗由小到大分為睡眠(sleep)、空閑(idle)、運(yùn)行(run)等模式。大多時光內(nèi)，在運(yùn)行態(tài)(run)時設(shè)備所有正常工作，而在睡眠與空閑模式時處理器則可以根據(jù)特定的模式舉行相應(yīng)的節(jié)能。因此，電源管理的目的是節(jié)能，基本節(jié)能辦法是使系統(tǒng)適時的進(jìn)出休眠狀態(tài)。在節(jié)能狀態(tài)下處理器掛起，主存儲器運(yùn)行在節(jié)能的自刷新模式，惟獨(dú)功耗管理、喚醒電路繼續(xù)工作。比如用戶按下on/off

3、按鈕,或者監(jiān)視用戶活動的定時器超時,或者應(yīng)用程序api都可以使得嵌入式系統(tǒng)休眠,當(dāng)用戶再次按下on/off或者有其他喚醒中斷發(fā)生時，系統(tǒng)就會退出休眠。因此，電源管理模塊和用戶活動狀況密不行分,電源管理是用戶活動所驅(qū)動的。wince處理用戶與系統(tǒng)交互的部分是gwes,所以早期電源管理工作也是由gwes來實(shí)現(xiàn)。但gwes提供的電源管理模塊功能過于粗糙死板，全部子設(shè)備只能有on和suspend狀態(tài),應(yīng)用程序無法得到任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換通知。后來，wince引入了電源管理pm(power manager)模塊，用以替代gwes中的電源管理功能，新的電源管理模塊提供更完整和靈便的功能,如子設(shè)備電源狀態(tài)可以單獨(dú)設(shè)

4、定,應(yīng)用可以獲得電源通知等。因此，電源管理器負(fù)責(zé)管理設(shè)備電源，并且與不支持電源管理功能的設(shè)備和應(yīng)用兼容，在內(nèi)核oal層、設(shè)備驅(qū)動程序和應(yīng)用程序之間充當(dāng)中間人角色。（2）電源管理器結(jié)構(gòu)在用法電池供電的wince系統(tǒng)中，正確設(shè)計(jì)電源管理非常關(guān)鍵。在功能上大致可以分為系統(tǒng)級電源管理、動態(tài)電源管理、設(shè)備電源管理等三類。通常，應(yīng)用程序在大多數(shù)時光都不需要關(guān)注wince 設(shè)備的電源損耗，但是在某些時候要注重這些損耗。wince電源管理器通過一個名為pm.dll的動態(tài)鏈接庫與設(shè)備管理器device.exe鏈接。pm.dll動態(tài)鏈接庫支持三類接口：一是驅(qū)動程序接口：為需要舉行電源管理的設(shè)備的驅(qū)動程序用法；二是

5、應(yīng)用程序接口：為需要利用電源管理的應(yīng)用程序用法；三是提示接口(notification)：為需要接受電源大事提示的應(yīng)用程序用法。例如，wince系統(tǒng)先檢查任務(wù)負(fù)載狀況，假如沒有需要運(yùn)行的任務(wù)，則普通進(jìn)入空閑節(jié)能狀態(tài)等待喚醒，在空閑一段時光后進(jìn)入深度睡眠，掛起到ram中或者硬盤上。在運(yùn)行任務(wù)期間，wince還可以利用硬件提供的電源管理功能動態(tài)調(diào)整芯片運(yùn)行和頻率，對系統(tǒng)舉行越發(fā)細(xì)致的電源管理。2wince電源管理的分類（1）系統(tǒng)電源狀態(tài)win ce系統(tǒng)電源狀態(tài)更多的是代表系統(tǒng)電源的一種配置計(jì)劃,它是各個子設(shè)備電源配置的集合。它設(shè)定一種可能浮現(xiàn)的情景,事先擬定了此情景下電力分配策略(哪些子設(shè)備打開,

6、哪些子設(shè)備關(guān)閉)。wince支持以下幾種電源狀態(tài)：on狀態(tài)，用戶在主動用法設(shè)備。useridle狀態(tài)，用戶與設(shè)備停止交互，但仍有可能用法設(shè)備。systemidle狀態(tài)，在經(jīng)過一段時光的useridle后進(jìn)入此狀態(tài)，但是驅(qū)動和系統(tǒng)仍然活動。suspend狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動程序和系統(tǒng)進(jìn)程不再與系統(tǒng)交互時進(jìn)入此狀態(tài)。coldreboot和reboot狀態(tài)，冷啟動后系統(tǒng)電源狀態(tài)。因此，在這個基礎(chǔ)上技術(shù)人員可以按照自己的平臺特點(diǎn),增強(qiáng)新的策略來滿足不同移動嵌入式產(chǎn)品的需要。頻繁的做法是設(shè)計(jì)一個電源按鍵的流驅(qū)動,當(dāng)檢測到按鍵時候呼叫api將系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換到suspend，如on/off按鍵。還有就是加入背燈控制，

7、比如在on狀態(tài)下哀求顯示驅(qū)動打開背燈,在useridle和systemidle狀態(tài)下哀求顯示驅(qū)動關(guān)閉背燈。（2）設(shè)備電源管理wince加入了高級的電源管理組件功能，它允許每個外設(shè)具有自己的電源狀態(tài)，這有別于普通的系統(tǒng)電源狀態(tài)（system power state），故被稱作設(shè)備電源狀態(tài)（device power state）?，F(xiàn)在的應(yīng)用程序普通都有能力設(shè)置個別外設(shè)的電源狀態(tài)，比如一個文件傳輸程序，在保持串口或者端口正常通訊時，可以關(guān)閉顯示屏幕和背光，這就為實(shí)現(xiàn)更高級別的動態(tài)電源管理提供了可能。電源管理器和支持電源管理的設(shè)備之間的交互包括兩種機(jī)制：一是電源管理器到驅(qū)動程序，電源管理器用法devi

8、ceiocontrol()函數(shù)向設(shè)備驅(qū)動程序發(fā)送i/o控制(ioctls)，因此設(shè)備必需能響應(yīng)電源管理器的查詢、狀態(tài)設(shè)置等ioctls。二是驅(qū)動程序到電源管理器，驅(qū)動程序用法devicepower notify()函數(shù)與電源管理器交互，例如哀求電源管理器把它的設(shè)備置于某種狀態(tài)，假如電源管理器接受該哀求則通過發(fā)送ioctl_power_set等ioctls來舉行設(shè)置。（3）應(yīng)用程序與電源管理器交互win ce應(yīng)用程序與電源管理器有兩種交互機(jī)制：一是應(yīng)用程序接口，用以獵取當(dāng)前系統(tǒng)和設(shè)備的電源狀態(tài)。應(yīng)用程序通過setsystempowerstate()來設(shè)置系統(tǒng)電源狀態(tài),通過setdevicepow

9、er來設(shè)置子設(shè)備電源狀態(tài),通過setpowerrequirement通知電源管理器將子設(shè)備設(shè)置在特別電源狀態(tài)下,不隨系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)變。二是電源大事提示接口。為了實(shí)現(xiàn)提示接口，應(yīng)用程序還可通過createmsgqueue()函數(shù)建立消息隊(duì)列，將其句柄傳給電源管理器，電源管理器再把提示發(fā)送到消息隊(duì)列中，調(diào)用者可挑選可用提示的一個子集舉行響應(yīng)。（4）oal層電源管理的實(shí)現(xiàn)oem adaptation layer（oal）是一層與硬件平臺相關(guān)的代碼，它在電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換中飾演著重要的角色。在wince中，oal層電源管理通過oemidle()和oempoweroff()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。其中oeminit是初次上電時

10、（或在冷啟后）被調(diào)用，如初始化系統(tǒng)內(nèi)存，建立調(diào)試環(huán)境，設(shè)置系統(tǒng)中斷等；當(dāng)系統(tǒng)中沒有任何可調(diào)度的線程時，內(nèi)核就調(diào)用oemidle()以實(shí)現(xiàn)降低處理器的頻率來達(dá)到省電目的，這個函數(shù)在bsp中可以由oem修改定制。當(dāng)有外部中斷時，cpu可從其中復(fù)原，如當(dāng)用戶按下off按鈕或者應(yīng)用調(diào)用api進(jìn)入suspend狀態(tài)時候,內(nèi)核會調(diào)用oempoweroff()函數(shù)，在系統(tǒng)喚醒后繼續(xù)從oempoweroff()被掛起處執(zhí)行。oempoweroff函數(shù)是基于硬件平臺來實(shí)現(xiàn)的，它能舉行cpu寄存器保存、設(shè)置及喚醒復(fù)原等功能。系統(tǒng)idle狀態(tài)和前面說的useridle狀態(tài)是不同概念,前者是cpu負(fù)荷狀況驅(qū)動,代表系

11、統(tǒng)空閑；后者是用戶活動驅(qū)動,代表用戶空閑。2從應(yīng)用程序交互分析電源管理狀態(tài)當(dāng)wince 系統(tǒng)被掛起，為了省電用戶需要關(guān)閉處理器及大部分設(shè)備供電，然后在需要喚醒時再通過定時器或無線模塊喚醒。普通來說，被喚醒后系統(tǒng)會返回到與系統(tǒng)掛起前一樣的狀態(tài)，因此應(yīng)用程序根本不知道系統(tǒng)曾被掛起，除非它明確地哀求當(dāng)系統(tǒng)掛起時通知它。因此從應(yīng)用程序的角度看，電源管理有三種方式：查詢電源狀態(tài)、轉(zhuǎn)變電源狀態(tài)和防止電源狀態(tài)轉(zhuǎn)變。（1）查詢電源狀態(tài)對嵌入式系統(tǒng)來說，oem廠約定義了系統(tǒng)的電源狀態(tài)。例如，電源狀態(tài)可能是打開（on），空閑（idle）和掛起（suspend），還有screenoff、incradle和 onba

12、ttery等。從應(yīng)用程序的觀點(diǎn)看，電源管理程序提供了通知電源狀態(tài)轉(zhuǎn)變的能力以及通過一系列的函數(shù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)變電源狀態(tài)的能力。因此，查詢系統(tǒng)當(dāng)前的電源狀態(tài)是wince的一個重要功能，可以調(diào)用dword getsystempowerstatusex2(psystem_power_status_ex2，dword dwlen，bool fupdate)來查詢。函數(shù)用三個參數(shù)來告知wince系統(tǒng)查詢電池驅(qū)動最后的信息或者挺直返回電池緩存中的信息，系統(tǒng)大約每5秒查詢一次電池狀態(tài)。又由于wince不驗(yàn)證電池驅(qū)動返回的數(shù)據(jù)，因此不同的系統(tǒng)有不同的變幻，這個函數(shù)返回歸的數(shù)據(jù)是主要依靠于電池驅(qū)動。例如，許多系統(tǒng)在用法

13、ac電源時不報告精確的電源級數(shù)，另一些系統(tǒng)則相反。（2）轉(zhuǎn)變電源狀態(tài)應(yīng)用程序能通過一系列的方式轉(zhuǎn)變系統(tǒng)的電源狀態(tài)，在wince中首選的方式是用法電源管理程序。電源管理程序提供函數(shù)來允許應(yīng)用程序來控制電源狀態(tài)，如應(yīng)用程序通過調(diào)用函數(shù)setsystempowerstate來哀求特定的電源狀態(tài)。普通有兩個方式來控制電源，第一個方式是應(yīng)用程序給定一個電源設(shè)定；其次個方式是應(yīng)用程序哀求電源狀態(tài)不要低于給定的級別。頻繁的例如：關(guān)閉電源，應(yīng)用程序通過調(diào)用gwespoweroffsystem函數(shù)掛起系統(tǒng)，如函數(shù)void gwespoweroffsystem(void)的調(diào)用就會掛起系統(tǒng)。 關(guān)閉屏幕，假如系統(tǒng)是

14、有色背光顯示，那么主要的電源消耗不是cpu而是背光。在某一些環(huán)境下，一個應(yīng)用程序運(yùn)行時并不需要顯示在屏幕上。例如音樂播放器應(yīng)用程序，當(dāng)用戶聽音樂的時候不關(guān)注屏幕，在這些情形下關(guān)閉背光將意味著提高電池壽命。固然，當(dāng)用戶想看屏幕時，任何關(guān)閉背光應(yīng)用程序就需要一個容易的方式來重新打開屏幕。顯示控制是通過ext-escape函數(shù)實(shí)現(xiàn)，這個函數(shù)允許應(yīng)用程序打開或關(guān)閉顯示。另外，wince沒有一個統(tǒng)一的方式來控制背光的亮度，每個系統(tǒng)都有它自己的oem特有方式來控制背光亮度。打開系統(tǒng)電源，意思是說當(dāng)被掛起的應(yīng)用程序要再次運(yùn)行時，必需要有一個方式來喚醒一個掛起的系統(tǒng)電源。辦法可以是應(yīng)用程序通過用法消息api（

15、notification api）把系統(tǒng)喚醒。在普通狀況下，oem廠商會分配一些中斷條件以便電源打開或喚醒。（3）防止系統(tǒng)關(guān)閉電源另一方面，防止系統(tǒng)掛起也是一個重要的問題。wince系統(tǒng)通常被設(shè)置為當(dāng)一段時光沒實(shí)用戶輸入就自動掛起。因此，假如定時器到達(dá)預(yù)先的沒實(shí)用戶輸入的間隔，系統(tǒng)會自動掛起。當(dāng)要防止自動掛起時，應(yīng)用程序可以周期性地調(diào)用這個函數(shù)：void winapi systemidletimerreset (void)，這個函數(shù)能重設(shè)wince用來監(jiān)視用戶輸入的定時器。所以當(dāng)一個應(yīng)用程序需要更改超時值時，就可以通過調(diào)用systemidletimerreset把掛起超時值轉(zhuǎn)變。普通來說，wince系統(tǒng)維護(hù)三個超時值，防止電源被自動掛起可以用法systemparametersinfo來查詢這三個值，并在最短時光內(nèi)返回調(diào)用systemidletimerreset。假如超時值被設(shè)置為0，表示超時值被禁止。（4）電源通知最后，電源管理程序還有一個非常受