時間:2010-05-20 15:53:15來源:wuyue
任何擁有筆記本電腦的人都會察覺,當(dāng)依靠電池供電時,其便攜設(shè)備的行為與使用交流主電源供電時不同——顯示屏變暗、處理器的時鐘變慢、系統(tǒng)只要有可能就會轉(zhuǎn)入待機或睡眠狀態(tài)。PDA用戶也發(fā)現(xiàn),在停止使用一段時間后顯示屏將變暗,設(shè)備甚至進(jìn)入睡眠狀態(tài)。蜂窩電話用戶也已經(jīng)注意到,背景光和按鍵照明在完成撥號之后會熄滅。事實上,這些可見行為的背后是軟硬件技術(shù)和節(jié)電機制在發(fā)揮作用。
全速運行、待機和睡眠等宏觀行為利用CPU的固有能力通過降低工作電壓或時鐘頻率來節(jié)省功耗。除了全面地改變系統(tǒng)狀態(tài)外,大多數(shù)設(shè)備用戶察覺不到的是,實際的電源管理也能夠逐漸地改變系統(tǒng)狀態(tài),這種情況在一秒之內(nèi)可以發(fā)生數(shù)百次。
任何動態(tài)電源管理策略的基礎(chǔ)都是調(diào)整便攜式設(shè)備中一個或多個處理器內(nèi)核的工作電壓和頻率,此外,在高集成度的PowerPC、ARM和基于x86的系統(tǒng)中經(jīng)常包含一個DSP或智能基帶處理器。的確,諸如英特爾的StrongARM和XScale處理器、TI的OMAP處理器系列以及IBM的PowerPC 405LP和Transmeta Crusoe等CPU都提供內(nèi)核電壓和頻率的動態(tài)調(diào)節(jié)功能。不過,現(xiàn)代的嵌入式處理器具有非常高的電源效率,以至于CPU并不總是最主要的耗能器件,其它高耗能的器件包括高性能存儲器、彩色顯示器和射頻接口等。因此,如果動態(tài)電源管理系統(tǒng)只能調(diào)節(jié)處理器內(nèi)核的電壓和頻率,那么它的用途將有限。
一個真正有用的動態(tài)電源管理方案應(yīng)該可以采用與CPU內(nèi)核運行相協(xié)調(diào)或相獨立的方式,支持對一系列電壓和時鐘的快速調(diào)節(jié)。
DPM架構(gòu)
嵌入式系統(tǒng)通常沒有類似于PC中的BIOS,而且通常不具備那么高的機器抽象水平,能夠把操作系統(tǒng)與低層次的設(shè)備和電源管理活動隔離開來。與其它瞄準(zhǔn)電池供電應(yīng)用的操作系統(tǒng)類似,在嵌入式Linux中,電源管理活動需要對操作系統(tǒng)內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動程序進(jìn)行特殊的干預(yù)。不過,需要重點強調(diào)的是,雖然低層次的動態(tài)電源管理是駐留在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,但電源管理策略和機制是來源于中間件和用戶應(yīng)用代碼。
理想的電源管理系統(tǒng)應(yīng)盡可能對更多軟件堆棧層達(dá)到幾乎完全透明的程度。事實上,這是Transmeta公司在其Crusoe架構(gòu)中所遵循的路線,而且已經(jīng)成為基于BIOS的現(xiàn)有電源管理方案追求的目標(biāo)。然而,具備手持設(shè)備設(shè)計經(jīng)驗的開發(fā)人員證實,系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間需要某種程度的直接合作,具體描述如下:
內(nèi)核接口
在面向Linux的DPM架構(gòu)中,內(nèi)核中的DPM子系統(tǒng)負(fù)責(zé)維持整個系統(tǒng)的電源狀態(tài),并把DPM系統(tǒng)的不同電源管理模塊聯(lián)系在一起。如果內(nèi)核的任何其它部分需要與DPM直接對話(盡管這種情況相對較少),那么最好把DPM看成是為驅(qū)動程序、中間件和應(yīng)用程序提供服務(wù)的元素。
驅(qū)動程序接口
支持DPM功能的設(shè)備驅(qū)動程序比默認(rèn)的驅(qū)動程序更了解系統(tǒng)狀態(tài):它們在外部事件的驅(qū)使下通過設(shè)定不同的狀態(tài)來反映或遵循那些操作機制,或者通過來自內(nèi)核 DPM子系統(tǒng)的調(diào)用來反映或遵循那些操作機制。為了實現(xiàn)更精確的機制決策,驅(qū)動程序API也允許驅(qū)動程序注冊與它們接口或由它們管理的那些設(shè)備的基礎(chǔ)操作特征。
應(yīng)用程序可以分為三類:
*電源管理知會型(PM-aware)應(yīng)用程序
*在電源管理知會“包裹器”中的傳統(tǒng)應(yīng)用程序
*不帶有電源管理的傳統(tǒng)應(yīng)用程序
電源管理知會型應(yīng)用程序能夠利用機制管理器提供的API,建立其基本的約束條件,并強迫電源管理機制發(fā)生與其執(zhí)行需求相匹配的變化。不直接帶有電源管理能力的傳統(tǒng)應(yīng)用程序能夠被“包裹”在代碼或補丁中,以達(dá)到較高的效率,但它們也能夠根據(jù)更大范圍的默認(rèn)機制管理,按默認(rèn)的行為運行。
在嵌入式Linux DPM下的實際機制包括以下API,如dpm_set_os()(內(nèi)核)、assert_constraint()、remove_constraint ()和set_operating_state()(內(nèi)核和驅(qū)動程序)、set_policy()和set_task_state()(經(jīng)系統(tǒng)的用戶級調(diào)用)以及/proc接口。
對實時性能的影響
向嵌入式Linux發(fā)展的趨勢
理想情況下,用戶既無需知道也無需關(guān)心支撐其手持設(shè)備的底層操作系統(tǒng)?,F(xiàn)在,設(shè)備制造商對操作系統(tǒng)有了更多的選擇余地。雖然微軟一直非常重視品牌,但 Windows系列操作系統(tǒng)進(jìn)入手持設(shè)備市場(如蜂窩電話)的規(guī)模卻落后于Symbian和Brew,也落后于嵌入式Linux。設(shè)備制造商轉(zhuǎn)向 Linux的原因之一是可以利用標(biāo)準(zhǔn)的電源管理技術(shù)替代專有技術(shù),這樣既能達(dá)到更快的上市時間,同時又能滿足終端用戶和運營商的技術(shù)需求。
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