Android在標准Linux基礎上對休眠喚醒的實現

一、新增特性介紹

實際上，Android仍然是利用了標准linux的休眠喚醒系統，只不過添加了一些使用上的新特性，early suspend、late resume、wake lock。

Early suspend - 這個機制定義了在suspend的早期，關閉顯示屏的時候，一些和顯示屏相關的設備，比如背光、重力感應器和觸摸屏等設備都應該被關掉，但是此時系統可能還有持有wake lock的任務在運行，如音樂播放，電話，或者掃描sd卡上的文件等，這個時候整個系統還不能進入真正睡眠，直到所有的wake lock都沒釋放。在嵌入式設備中，悲觀是一個很大的電源消耗，所有android加入了這種機制。

Late resume - 這個機制定義了在resume的後期，也就是喚醒源已經將處理器喚醒，標准linux的喚醒流程已經走完了，在android上層系統識別出這個物理上的喚醒源是上層定義的，那麼上層將會發出late resume的命令給下層，這個時候將會調用相關設備注冊的late resume回調函數。

Wake lock - wakelock在android的電源管理系統中扮演一個核心的角色，wakelock是一種鎖的機制, 只要有task拿著這個鎖, 系統就無法進入休眠, 可以被用戶態進程和內核線程獲得。這個鎖可以是有超時的或者是沒有超時的, 超時的鎖會在時間過去以後自動解鎖。如果沒有鎖了或者超時了, 內核就會啟動標准linux的那套休眠機制機制來進入休眠。

二、kernel層源碼解析 - early suspend 和 late resume實現

相關源碼：

kernel/kernel/power/main.c

kernel/kernel/power/earlysuspend.c

kernel/kernel/power/wakelock.c

kernel/kernel/power/userwakelock.c

kernel/kernel/power/suspend.c

之前標准的linux的sysfs的接口只需要一個state就夠了，現在至少需要3個接口文件：state、wake_lock、wake_unlock。現在為了配合android為休眠喚醒添加的幾種新特性，可以填入文件state的模式又多了一種：on, 標准android系統中只支持state的on和mem模式，其余的暫不支持。wake_lock和wake_unlock接口對應的讀寫函數在文件userwakelock.c中，對wakelock.c中的create wakelock或者release wakelock進行了封裝，供用戶空間來使用。

如果上層用戶執行:echo xxx(on or mem) > sys/power/state的話，將會調用到如下函數：

1. static ssize_t state_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
3. const char *buf, size_t n)
5. {
7. #ifdef CONFIG_SUSPEND // set
9. #ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND //set
11. suspend_state_t state = PM_SUSPEND_ON; // for early suspend and late resume
13. #else
15. suspend_state_t state = PM_SUSPEND_STANDBY;
17. #endif
19. const char * const *s;
21. #endif
23. char *p;
25. int len;
27. int error = -EINVAL;
31. p = memchr(buf, '/n', n);
33. len = p ? p - buf : n;
37. /* First, check if we are requested to hibernate */
39. if (len == 4 && !strncmp(buf, "disk", len)) {
41. error = hibernate(); // 檢查是否要求進入disk省電模式，暫時不支持
43. goto Exit;
45. }
49. #ifdef CONFIG_SUSPEND // def
51. for (s = &pm_states[state]; state < PM_SUSPEND_MAX; s++, state++) {
53. if (*s && len == strlen(*s) && !strncmp(buf, *s, len))
55. break;
57. }
59. if (state < PM_SUSPEND_MAX && *s)
61. #ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
63. if (state == PM_SUSPEND_ON || valid_state(state)) {
65. // 需要經過平台pm.c文件定義的模式支持檢查函數，mtk只支持mem，同時如果是android發送出來的late resume命令(on)，這裡也會放行，往下執行
67. error = 0;
69. request_suspend_state(state); // android休眠喚醒的路線
71. }
73. #else
75. error = enter_state(state);// 標准linux休眠喚醒的路線
77. #endif
79. #endif
83. Exit:
85. return error ? error : n;
87. }
91. @ kernel/kernel/power/earlysuspend.c
93. enum {
95. DEBUG_USER_STATE = 1U << 0,
97. DEBUG_SUSPEND = 1U << 2,
99. };
101. int Earlysuspend_debug_mask = DEBUG_USER_STATE;
103. module_param_named(Earlysuspend_debug_mask, Earlysuspend_debug_mask, int, S_IRUGO | S_IWUSR | S_IWGRP);
107. static DEFINE_MUTEX(early_suspend_lock);
109. static LIST_HEAD(early_suspend_handlers);
111. static void early_sys_sync(struct work_struct *work);
113. static void early_suspend(struct work_struct *work);
115. static void late_resume(struct work_struct *work);
117. static DECLARE_WORK(early_sys_sync_work, early_sys_sync);
119. static DECLARE_WORK(early_suspend_work, early_suspend);
121. static DECLARE_WORK(late_resume_work, late_resume);
123. static DEFINE_SPINLOCK(state_lock);
125. enum {
127. SUSPEND_REQUESTED = 0x1,
129. SUSPENDED = 0x2,
131. SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED = SUSPEND_REQUESTED | SUSPENDED,
133. };
135. static int state; // 初始化為0
139. static DECLARE_COMPLETION(fb_drv_ready);
143. void request_suspend_state(suspend_state_t new_state)
145. {
147. unsigned long irqflags;
149. int old_sleep;
153. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
155. old_sleep = state & SUSPEND_REQUESTED; // state = 1 or 3
157. // state的值會在0->1->3->2->0循環變化，後面分析代碼都可以看出這些值代表系統目前處於什麼階段，簡單得說就是：正常->准備進early suspend->開始early suspend並且對名為mian的wakelock解鎖，如果此時沒有其余wakelock處於lock狀態，那麼系統就走linux的休眠喚醒路線讓整個系統真正休眠，直到喚醒源發生，然後將處理器和linux層喚醒。之後android層判斷本次底層醒來是由於我所定義的喚醒源引起的嗎？如果不是，android將不予理會，過段時間沒有wakelock鎖，系統會再次走linux的休眠路線進入休眠。如果是，那麼android上層就會寫一個on的指令到state接口中，同樣是會調用到函數request_suspend_state() -> 准備執行late resume -> 開始執行late resume，之後整個系統就這樣被喚醒了。
159. if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
161. struct timespec ts; // 打印出debug信息
163. struct rtc_time tm;
165. getnstimeofday(&ts);
167. rtc_time_to_tm(ts.tv_sec, &tm);
169. pr_info("[request_suspend_state]: %s (%d->%d) at %lld "
171. "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)/n",
173. new_state != PM_SUSPEND_ON ? "sleep" : "wakeup",
175. requested_suspend_state, new_state,
177. ktime_to_ns(ktime_get()),
179. tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
181. tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
183. }
185. // eg: [request_suspend_state]: sleep (0->3) at 97985478409 (2010-01-03 09:52:59.637902305 UTC)， 這裡對時間的獲取和處理，在其他地方可以參考
187. // ready to enter earlysuspend
189. if (!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) { // SUSEpnd會進入這裡
191. state |= SUSPEND_REQUESTED; // state = 1
193. pr_info("[request_suspend_state]:
195. sys_sync_work_queue early_sys_sync_work/n");
197. queue_work(sys_sync_work_queue, &early_sys_sync_work);
199. pr_info("[request_suspend_state]: suspend_work_queue early_suspend_work/n");
201. queue_work(suspend_work_queue, &early_suspend_work);
203. // 在wakelocks_init()函數(wakelock.c)中會創建這兩個工作隊列和工作者線程來專門負責處理sys_sync和early suspend的工作。關於工作隊列的詳情參考我工作隊列的文章
205. }
207. // ready to enter lateresume
209. else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
211. state &= ~SUSPEND_REQUESTED; // state = 2
213. wake_lock(&main_wake_lock); // 對main wakelock上鎖
215. pr_info("[request_suspend_state]: suspend_work_queue late_resume_work/n" );
217. if (queue_work(suspend_work_queue, &late_resume_work)) {
219. // 提交late resume的工作項
221. //
223. // In order to synchronize the backlight turn on timing,
225. // block the thread and wait for fb driver late_resume()
227. // callback function is completed
229. //
231. wait_for_completion(&fb_drv_ready);
233. // 等待完成量fb_drv_ready，他會在late resume結束之後完成
235. }
237. }
239. requested_suspend_state = new_state;
241. // 存儲本次休眠或者是喚醒的狀態，供下次休眠或者喚醒使用
243. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
245. }

在系統suspend的時候提交的兩個工作項會陸續被執行到，那麼下面就來看一下執行early suspend的關鍵函數。

1. static void early_sys_sync(struct work_struct *work)
3. {
5. wake_lock(&sys_sync_wake_lock);
7. printk("[sys_sync work] start/n");
9. sys_sync(); // 同步文件系統
11. printk("[sys_sync wrok] done/n");
13. wake_unlock(&sys_sync_wake_lock);
15. }
19. static void early_suspend(struct work_struct *work)
21. {
23. struct early_suspend *pos;
25. unsigned long irqflags;
27. int abort = 0;
31. mutex_lock(&early_suspend_lock);
33. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
35. if (state == SUSPEND_REQUESTED)
37. state |= SUSPENDED; // state = 3
39. else
41. abort = 1;
43. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
47. if (abort) { // suspend 中止退出
49. if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
51. pr_info("[early_suspend]: abort, state %d/n", state);
53. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
55. goto abort;
57. }
61. if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
63. pr_info("[early_suspend]: call handlers/n");
65. list_for_each_entry(pos, &early_suspend_handlers, link) {
67. if (pos->suspend != NULL)
69. pos->suspend(pos);
71. }
73. // 函數register_early_suspend()會將每一個early suspend項以優先級大小注冊到鏈表early_suspend_handlers中，這裡就是一次取出，然後執行對應的early suspend回調函數
75. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
79. // Remove sys_sync from early_suspend,
81. // and use work queue to complete sys_sync
85. abort:
87. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
89. if (state == SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED)
91. {
93. pr_info("[early_suspend]: wake_unlock(main)/n");
95. wake_unlock(&main_wake_lock);
97. // main wakelock 解鎖。看到這裡，好像系統執行了early suspend之後就沒有往下執行標准linux的suspend流程了，其實不是，android的做法是，不是你執行完了early suspend 的回調就可以馬上走標准linux的suspend流程，而是會檢查還有沒有wakelock被持有，如果所有wakelock全是解鎖狀態，那麼就會執行標准linux的suspend步驟。
99. }
101. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
103. }
107. static void late_resume(struct work_struct *work)
109. {
111. struct early_suspend *pos;
113. unsigned long irqflags;
115. int abort = 0;
117. int completed = 0;
121. mutex_lock(&early_suspend_lock);
123. spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
127. // return back from suspend
129. if (state == SUSPENDED)
131. state &= ~SUSPENDED; // state = 0
133. else
135. abort = 1;
137. spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
141. if (abort) {
143. if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
145. pr_info("[late_resume]: abort, state %d/n", state);
147. goto abort;
149. }
151. if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
153. pr_info("[late_resume]: call handlers/n");
155. list_for_each_entry_reverse(pos, &early_suspend_handlers, link)
157. {
159. if (!completed && pos->level < EARLY_SUSPEND_LEVEL_DISABLE_FB) {
161. complete(&fb_drv_ready);
163. completed = 1;
165. }
167. if (pos->resume != NULL)
169. pos->resume(pos);
171. }
173. // 以和early suspend的逆序執行鏈表early_suspend_handlers上的late resume回調函數
175. if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
177. pr_info("[late_resume]: done/n");
179. abort:
181. if (!completed)
183. complete(&fb_drv_ready); // 設置完成量ok
185. mutex_unlock(&early_suspend_lock);
187. }