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android 休眠唤醒机制分析(二)

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简介

android 休眠唤醒机制分析(二)

early_suspend是Android休眠流程的第一阶段即浅度休眠，不会受到wake_lock的阻止，一般用于关闭lcd、tp等设备为运行的应用节约电能。Android的PowerManagerService会根据用户的操作情况调整电源状态，如果需要休眠则会调用到HAL层的set_screen_state()接口，在set_screen_state()中会向/sys/power/state节点写入"mem"值让驱动层开始进入休眠流程。

一、休眠唤醒机制及其用户空间接口

Linux系统支持如下休眠唤醒等级

  1. const char *const pm_states[PM_SUSPEND_MAX] = {
  2. #ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
  3. [PM_SUSPEND_ON] = "on",
  4. #endif
  5. [PM_SUSPEND_STANDBY] = "standby",
  6. [PM_SUSPEND_MEM] = "mem",
  7. };

但在Android中一般只支持"on"和"mem"，其中"on"为唤醒设备，"mem"为休眠设备。/sys/power/state节点的读写操作如下：

  1. static ssize_t state_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
  2. char *buf)
  3. {
  4. char *s = buf;
  5. #ifdef CONFIG_SUSPEND
  6. int i;
  7.  
  8. for (i = 0; i < PM_SUSPEND_MAX; i++) {
  9. if (pm_states[i] && valid_state(i))
  10. s += sprintf(s,"%s ", pm_states[i]); // 打印系统支持的休眠等级
  11. }
  12. #endif
  13. #ifdef CONFIG_HIBERNATION
  14. s += sprintf(s, "%sn", "disk");
  15. #else
  16. if (s != buf)
  17. /* convert the last space to a newline */
  18. *(s-1) = 'n';
  19. #endif
  20. return (s - buf);
  21. }
  22.  
  23. static ssize_t state_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
  24. const char *buf, size_t n)
  25. {
  26. #ifdef CONFIG_SUSPEND
  27. #ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
  28. suspend_state_t state = PM_SUSPEND_ON;
  29. #else
  30. suspend_state_t state = PM_SUSPEND_STANDBY;
  31. #endif
  32. const char * const *s;
  33. #endif
  34. char *p;
  35. int len;
  36. int error = -EINVAL;
  37.  
  38. p = memchr(buf, 'n', n);
  39. len = p ? p - buf : n;
  40.  
  41. /* First, check if we are requested to hibernate */
  42. if (len == 4 && !strncmp(buf, "disk", len)) {
  43. error = hibernate();
  44. goto Exit;
  45. }
  46.  
  47. #ifdef CONFIG_SUSPEND
  48. for (s = &pm_states[state]; state < PM_SUSPEND_MAX; s++, state++) {
  49. if (*s && len == strlen(*s) && !strncmp(buf, *s, len))
  50. break;
  51. }
  52. if (state < PM_SUSPEND_MAX && *s)
  53. #ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
  54. if (state == PM_SUSPEND_ON || valid_state(state)) {
  55. error = 0;
  56. request_suspend_state(state); // 请求进入android的休眠流程
  57. }
  58. #else
  59. error = enter_state(state); // linux的标准休眠流程
  60. #endif
  61. #endif
  62.  
  63. Exit:
  64. return error ? error : n;
  65. }
  66.  
  67. power_attr(state);

其中state_show()为节点的读函数，主要打印出系统支持的休眠等级；state_store()为节点的写函数，根据参数请求休眠或者唤醒流程。节点的创建代码如下：

  1. static struct attribute * g[] = {
  2. &state_attr.attr, // state节点
  3. #ifdef CONFIG_PM_TRACE
  4. &pm_trace_attr.attr,
  5. #endif
  6. #if defined(CONFIG_PM_SLEEP) && defined(CONFIG_PM_DEBUG)
  7. &pm_test_attr.attr, // pm_test节点
  8. #endif
  9. #ifdef CONFIG_USER_WAKELOCK
  10. &wake_lock_attr.attr, // wake_lock节点
  11. &wake_unlock_attr.attr, // wake_unlock节点
  12. #endif
  13. NULL,
  14. };
  15.  
  16. static struct attribute_group attr_group = {
  17. .attrs = g,
  18. };
  19.  
  20. static int __init pm_init(void)
  21. {
  22. int error = pm_start_workqueue();
  23. if (error)
  24. return error;
  25. power_kobj = kobject_create_and_add("power", NULL); // 创建power节点
  26. if (!power_kobj)
  27. return -ENOMEM;
  28. return sysfs_create_group(power_kobj, &attr_group); // 创建一组属性节点
  29. }
  30.  
  31. core_initcall(pm_init);

二、early_suspend 实现

1、early_suspend 定义、接口及其用法

  1. enum {
  2. EARLY_SUSPEND_LEVEL_BLANK_SCREEN = 50,
  3. EARLY_SUSPEND_LEVEL_STOP_DRAWING = 100,
  4. EARLY_SUSPEND_LEVEL_DISABLE_FB = 150,
  5. };
  6. struct early_suspend {
  7. #ifdef CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND
  8. struct list_head link; // 链表节点
  9. int level; // 优先等级
  10. void (*suspend)(struct early_suspend *h);
  11. void (*resume)(struct early_suspend *h);
  12. #endif
  13. };

可以看到early_suspend由两个函数指针、链表节点、优先等级组成；内核默认定义了3个优先等级，在suspend的时候先执行优先等级低的handler，在resume的时候则先执行等级高的handler，用户可以定义自己的优先等级；early_suspend向内核空间提供了2个接口用于注册和注销handler：

  1. void register_early_suspend(struct early_suspend *handler);
  2. void unregister_early_suspend(struct early_suspend *handler);

其中register_early_suspend()用于注册，unregister_early_suspend用于注销；一般early_suspend的使用方式如下：

  1. ts->earlysuspend.suspend = sitronix_i2c_suspend_early;
  2. ts->earlysuspend.resume = sitronix_i2c_resume_late;
  3. ts->earlysuspend.level = EARLY_SUSPEND_LEVEL_BLANK_SCREEN;
  4. register_early_suspend(&ts->earlysuspend);

设置好suspend和resume接口，定义优先等级，然后注册结构即可。

2、初始化信息

我们看一下early_suspend需要用到的一些数据：

  1. static DEFINE_MUTEX(early_suspend_lock);
  2. static LIST_HEAD(early_suspend_handlers); // 初始化浅度休眠链表
  3. // 声明3个工作队列用于同步、浅度休眠和唤醒
  4. static void early_sys_sync(struct work_struct *work);
  5. static void early_suspend(struct work_struct *work);
  6. static void late_resume(struct work_struct *work);
  7. static DECLARE_WORK(early_sys_sync_work,early_sys_sync);
  8. static DECLARE_WORK(early_suspend_work, early_suspend);
  9. static DECLARE_WORK(late_resume_work, late_resume);
  10. static DEFINE_SPINLOCK(state_lock);
  11. enum {
  12. SUSPEND_REQUESTED = 0x1, // 当前正在请求浅度休眠
  13. SUSPENDED = 0x2, // 浅度休眠完成
  14. SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED = SUSPEND_REQUESTED | SUSPENDED,
  15. };
  16. static int state;

初始化了一个链表early_suspend_handlers用于管理early_suspend，还定义读写链表用到的互斥体；另外还声明了3个工作队列，分别用于缓存同步、浅度休眠和唤醒；还声明了early_suspend操作的3个状态。

3、register_early_suspend 和 unregister_early_suspend

  1. void register_early_suspend(struct early_suspend *handler)
  2. {
  3. struct list_head *pos;
  4.  
  5. mutex_lock(&early_suspend_lock);
  6. // 遍历浅度休眠链表
  7. list_for_each(pos, &early_suspend_handlers) {
  8. struct early_suspend *e;
  9. e = list_entry(pos, struct early_suspend, link);
  10. // 判断当前节点的优先等级是否大于handler的优先等级
  11. // 以此决定handler在链表中的顺序
  12. if (e->level > handler->level)
  13. break;
  14. }
  15. // 将handler加入当前节点之前,优先等级越低越靠前
  16. list_add_tail(&handler->link, pos);
  17. if ((state & SUSPENDED) && handler->suspend)
  18. handler->suspend(handler);
  19. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
  20. }
  21. EXPORT_SYMBOL(register_early_suspend);

注册的流程比较简单，首先遍历链表，依次比较每个节点的优先等级，如果遇到优先等级比新节点优先等级高则跳出，然后将新节点加入优先等级较高的节点前面，这样就确保了链表是优先等级低在前高在后的顺序；在将节点加入链表后查看当前状态是否为浅度休眠完成状态，如果是则执行handler的suspend函数。

  1. void unregister_early_suspend(struct early_suspend *handler)
  2. {
  3. mutex_lock(&early_suspend_lock);
  4. list_del(&handler->link);
  5. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
  6. }
  7. EXPORT_SYMBOL(unregister_early_suspend);

注销流程则只是将节点从链表中移除。

4、request_suspend_state

前面我们看到用户空间在写/sys/power/state节点的时候会执行request_suspend_state()函数，该函数代码如下：

  1. void request_suspend_state(suspend_state_t new_state)
  2. {
  3. unsigned long irqflags;
  4. int old_sleep;
  5.  
  6. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
  7. old_sleep = state & SUSPEND_REQUESTED;
  8. // 打印当前状态
  9. if (debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
  10. struct timespec ts;
  11. struct rtc_time tm;
  12. getnstimeofday(&ts);
  13. rtc_time_to_tm(ts.tv_sec, &tm);
  14. pr_info("request_suspend_state: %s (%d->%d) at %lld "
  15. "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)n",
  16. new_state != PM_SUSPEND_ON ? "sleep" : "wakeup",
  17. requested_suspend_state, new_state,
  18. ktime_to_ns(ktime_get()),
  19. tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
  20. tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
  21. }
  22. // 如果新状态是休眠状态
  23. if (!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) {
  24. state |= SUSPEND_REQUESTED;
  25. pr_info("sys_sync_work_queue early_sys_sync_work.n");
  26. // 执行缓存同步与浅度休眠的工作队列
  27. queue_work(sys_sync_work_queue, &early_sys_sync_work);
  28. queue_work(suspend_work_queue, &early_suspend_work);
  29. } else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
  30. // 如果新状态是唤醒状态
  31. state &= ~SUSPEND_REQUESTED;
  32. // 激活内核锁
  33. wake_lock(&main_wake_lock);
  34. // 执行浅度唤醒的工作队列
  35. queue_work(suspend_work_queue, &late_resume_work);
  36. }
  37. // 更新全局状态
  38. requested_suspend_state = new_state;
  39. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
  40. }

函数首先打印出当前状态变化的log，然后判断新状态，如果是休眠状态则置位SUSPEND_REQUESTED标志，然后将同步缓存、浅度休眠工作队列加入相应的内核线程执行；如果新状态是唤醒则首先将main_wake_lock激活，然后再将浅度唤醒工作队列加入内核线程执行；最后更新全局状态变量，因为提供了一个内核空间接口用于获取当前休眠唤醒状态：

  1. // 返回系统状态值
  2. suspend_state_t get_suspend_state(void)
  3. {
  4. return requested_suspend_state;
  5. }

5、early_suspend_work、late_resume_work 和 early_sys_sync

  1. static void early_suspend(struct work_struct *work)
  2. {
  3. struct early_suspend *pos;
  4. unsigned long irqflags;
  5. int abort = 0;
  6.  
  7. mutex_lock(&early_suspend_lock);
  8. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
  9. if (state == SUSPEND_REQUESTED) // 判断当前状态是否在请求浅度休眠
  10. state |= SUSPENDED; // 如果是则置位SUSPENDED
  11. else
  12. abort = 1;
  13. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
  14.  
  15. if (abort) { // 取消early_suspend
  16. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  17. pr_info("early_suspend: abort, state %dn", state);
  18. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
  19. goto abort;
  20. }
  21.  
  22. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  23. pr_info("early_suspend: call handlersn");
  24. // 遍历浅度休眠链表并执行其中所有suspend函数
  25. // 执行顺序根据优先等级而定,等级越低越先执行
  26. list_for_each_entry(pos, &early_suspend_handlers, link) {
  27. if (pos->suspend != NULL)
  28. pos->suspend(pos);
  29. }
  30. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
  31.  
  32. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  33. pr_info("early_suspend: syncn");
  34.  
  35. /* Remove sys_sync from early_suspend, and use work queue to complete sys_sync */
  36. //sys_sync();
  37. abort:
  38. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
  39. if (state == SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED)
  40. wake_unlock(&main_wake_lock);
  41. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
  42. }

在suspend流程中首先判断当前状态是否为SUSPEND_REQUESTED，如果是则置位SUSPENDED标志，如果不是则取消suspend流程；然后遍历浅度休眠链表，从链表头部到尾部依次调用各节点的suspend()函数，执行完后判断当前状态是否为SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED，如果是则释放main_wake_lock，当前系统中如果只存在main_wake_lock这个有效锁，则会在wake_unlock()里面启动深度休眠线程，如果还有其他其他wake_lock则保持当前状态。

  1. static void late_resume(struct work_struct *work)
  2. {
  3. struct early_suspend *pos;
  4. unsigned long irqflags;
  5. int abort = 0;
  6.  
  7. mutex_lock(&early_suspend_lock);
  8. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
  9. if (state == SUSPENDED) // 清除浅度休眠完成标志
  10. state &= ~SUSPENDED;
  11. else
  12. abort = 1;
  13. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
  14.  
  15. if (abort) {
  16. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  17. pr_info("late_resume: abort, state %dn", state);
  18. goto abort;
  19. }
  20. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  21. pr_info("late_resume: call handlersn");
  22. // 反向遍历浅度休眠链表并执行其中所有resume函数
  23. // 执行顺序根据优先等级而定,等级越高越先执行
  24. list_for_each_entry_reverse(pos, &early_suspend_handlers, link)
  25. if (pos->resume != NULL)
  26. pos->resume(pos);
  27. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  28. pr_info("late_resume: donen");
  29. abort:
  30. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
  31. }

在resume流程中同样首先判断当前状态是否为SUSPENDED，如果是则清除SUSPENDED标志，然后反向遍历浅度休眠链表，按照优先等级从高到低的顺序执行节点的resume()函数。

  1. static void early_sys_sync(struct work_struct *work)
  2. {
  3. wake_lock(&sys_sync_wake_lock);
  4. sys_sync();
  5. wake_unlock(&sys_sync_wake_lock);
  6. }

内核专门为缓存同步建立了一个线程，同时还创建了sys_sync_wake_lock防止在同步缓存时系统进入深度休眠。

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