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Android Framework系列—CarPower深度睡眠
之前博客说了CarPower的开机启动流程 这里分析一下，Android CarPower实现深度睡眠的流程。 首先，什么是深度睡眠(Deep Sleep)? Android进入Deep Sleep后，关闭屏幕、关闭CPU的电源，保持RAM的电源（激活状态）。深度睡眠会进行Suspend-to-RAM挂起到内存（做车载的经常会听到的STR）。当然深度睡眠，还有一种方式是挂起到硬盘（Suspend-to-Disk），不过目前主要用的是STR。STR指的是深度睡眠时的状态，但STR不等于深度睡眠。 DeepSleep或STR，需要内核配合实现。通过这种技术，车载系统可以进入低能耗模式，同时又可以再用户需要时实现快速(非常快，因为从内存中恢复状态）的启动。 感觉这种方式，跟snapshot快启动有点类似。不过是两个概念上的事情了。 下面摘自Android官网对这种状态的介绍。 也称为“挂起到 RAM”（S2R 或 STR）。将 SoC 置于 S3 电源模式，CPU 断电而 RAM 仍通电。 VMCU 应将 SoC 置于“深度睡眠”状态，并断开应用处理器的电源。然后，AAOS 将进入“挂起到 RAM”状态，但不执行任何代码。 整套深度睡眠的实现，涉及的主要模块（这里指单Android系统。当前还有Qnx之类的hypervisor） MCU/VMCU：控制电源，发送电源状态给SOC（Android）Vehicle HAL：一般由硬件供应商实现，与MCU通信（can、以太方式）CarPowerManagerService(CPMS): 实现Android侧的电源控制，应用电源策略。CarPowerManager(CPM): CPMS的客户端，通知电源状态给应用，等待应用回复状态等。下面是摘自Android官网的深入睡眠流程描述； 只有 VMCU 可以启动深度睡眠。启动深度睡眠后，VMCU 会通过 VHAL 向 CPMS 发送通知。CPMS 通过使用由 CPM 提供的新状态 ID 调用 onStateChanged() 方法，将状态更改为“关闭准备”并向所有观察者（监控 CPMS 的应用和服务）广播此状态转换。 CPM 在应用/服务与 CPMS 之间进行协调。在 CPM 的 onStateChanged() 方法中，同步调用应用/服务的 onStateChanged() 方法。大多数应用和服务需要完成其准备后才能从该调用返回。特权服务可以在为 PRE_SHUTDOWN_PREPARE、SUSPEND_ENTER 和 POST_SUSPEND_ENTER 返回后，异步继续关闭准备。在此情况下，特权服务应在完成准备时对提供的 CompletablePowerStateChangeFuture 对象调用 complete()。请注意，SHUTDOWN_PREPARE 不允许异步准备。在向 VHAL 发送 DEEP_SLEEP_ENTRY 之前，CPMS 会定期向 VHAL 发送推迟关闭的请求。 当所有 CPM 对象完成关闭准备后，CPMS 会向 VHAL 发送 AP_POWER_STATE_REPORT，VHAL 随后通知 VMCU，告知它 AP 已准备好挂起。CPMS 还会调用其挂起方法以挂起内核。 下面的图，是Android官网对于深度睡眠的时序图。这里贴在这里。后面会根据源码，分析并画一个跟代码对应的时序图。 首先，VMCU请求挂起。Vehicle HAL （Hal层的nativeservice）发送“AP_POWER_STATE_REQ(SHUTDOWN_PREPARE)”， 这样CarService中的 VehicleHal（Client端 ）就收到了这个通知。一路通知给CPMS进行状态处理。 packages/services/Car/service/src/com/android/car/hal/VehicleHal.java public void onPropertyEvent(ArrayList propValues) { // 省略 for (HalServiceBase s : mServicesToDispatch) { // 通知给监听者 s.onHalEvents(s.getDispatchList()); s.getDispatchList().clear(); } mServicesToDispatch.clear(); } packages/services/Car/service/src/com/android/car/hal/PowerHalService.java @Override public void onHalEvents(List values) { // 省略 dispatchEvents(values, listener); } private void dispatchEvents(List values, PowerEventListener listener) { for (VehiclePropValue v : values) { switch (v.prop) { case AP_POWER_STATE_REPORT: // Ignore this property event. It was generated inside of CarService. break; case AP_POWER_STATE_REQ: int state = v.value.int32Values.get(VehicleApPowerStateReqIndex.STATE); int param = v.value.int32Values.get(VehicleApPowerStateReqIndex.ADDITIONAL); Log.i(CarLog.TAG_POWER, "Received AP_POWER_STATE_REQ=" + powerStateReqName(state) + " param=" + param); // 通知状态给CPMS对象 // AP_POWER_STATE_REQ(SHUTDOWN_PREPARE, CAN_SLEEP) listener.onApPowerStateChange(new PowerState(state, param)); break; case DISPLAY_BRIGHTNESS: { // 省略 } break; } } } packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarPowerManagementService.java @Override public void onApPowerStateChange(PowerState state) { synchronized (mLock) { mPendingPowerStates.addFirst(new CpmsState(state)); mLock.notify(); } mHandler.handlePowerStateChange(); } private void handlePowerStateChange() { Message msg = obtainMessage(MSG_POWER_STATE_CHANGE); sendMessage(msg); } @Override public void handleMessage(Message msg) { CarPowerManagementService service = mService.get(); if (service == null) { Slog.i(TAG, "handleMessage null service"); return; } switch (msg.what) { case MSG_POWER_STATE_CHANGE: // 开始处理 // service是doHandlePowerStateChange对象 service.doHandlePowerStateChange(); break; // 省略 } } private void doHandlePowerStateChange() { // 省略了 mCurrentState = state; switch (state.mState) { case CpmsState.WAIT_FOR_VHAL: handleWaitForVhal(state); break; case CpmsState.ON: handleOn(); break; case CpmsState.SHUTDOWN_PREPARE: // 处理SHUTDOWN_PREPARE handleShutdownPrepare(state); break; // 省略 default: // Illegal state // TODO: Throw exception? break; } }CarPowerManagementService开始处理SHUTDOWN_PREPARE。主要是关闭VR交互、关闭屏幕。通知状态给CPMS的客户端，启动超时等待客户端处理完成（使用****CarPowerStateListenerWithCompletion的客户端） packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarPowerManagementService.java private void handleShutdownPrepare(CpmsState newState) { setVoiceInteractionDisabled(true); mSystemInterface.setDisplayState(false); // Shutdown on finish if the system doesn't support deep sleep or doesn't allow it. // 通知状态给客户端 sendPowerManagerEvent(CarPowerStateListener.SHUTDOWN_PREPARE); mHal.sendShutdownPrepare(); doHandlePreprocessing(); } private void doHandlePreprocessing() { int intervalMs; int pollingCount; synchronized (mLock) { intervalMs = mShutdownPollingIntervalMs; pollingCount = (mShutdownPrepareTimeMs / mShutdownPollingIntervalMs) + 1; } if (Build.IS_USERDEBUG || Build.IS_ENG) { // 这里省略了，主要是可以通过属性，修改超时时间。 } Slog.i(TAG, "processing before shutdown expected for: " + mShutdownPrepareTimeMs + " ms, adding polling:" + pollingCount); // 启动超时任务，定期检查。那些使用 CarPowerStateListenerWithCompletion //（带有future，告知CPMS自己是否处理完了）的应用端是否处理完毕。 // 如果超时还没完成，强制走DeepSleep流程。 synchronized (mLock) { mProcessingStartTime = SystemClock.elapsedRealtime(); releaseTimerLocked(); mTimer = new Timer(); mTimerActive = true; mTimer.scheduleAtFixedRate( new ShutdownProcessingTimerTask(pollingCount), 0 /*delay*/, intervalMs); } if (mSwitchGuestUserBeforeSleep) { switchToNewGuestIfNecessary(); } } // 超时处理Task private class ShutdownProcessingTimerTask extends TimerTask { private final int mExpirationCount; private int mCurrentCount; private ShutdownProcessingTimerTask(int expirationCount) { mExpirationCount = expirationCount; mCurrentCount = 0; } @Override public void run() { synchronized (mLock) { if (!mTimerActive) { // Ignore timer expiration since we got cancelled return; } mCurrentCount++; if (mCurrentCount > mExpirationCount) { // 超时处理。给Vehicle HAL通知DEEP_SLEEP_ENTRY，告知可以开始进入深入睡眠状态。 PowerHandler handler; releaseTimerLocked(); handler = mHandler; handler.handleProcessingComplete(); } else { // 定期通过PowerServiceHAL向Vehicle HAL发送延时通知。 mHal.sendShutdownPostpone(SHUTDOWN_EXTEND_MAX_MS); } } } }这里假设走正常的处理了，即所有客户端（CarPowerStateListenerWithCompletion）期限内完成了处理。那么CPMS，就会通过PowerserviceHAL告知 VehicleHAL “DEEP_SLEEP_ENTRY”状态。下面是CarPowerStateListenerWithCompletion的一个例子。 mCarPowerManager.setListenerWithCompletion(mCarPowerStateListener); private final CarPowerStateListenerWithCompletion mCarPowerStateListener = new CarPowerStateListenerWithCompletion() { @Override public void onStateChanged(int state, CompletableFuture future) { if (state == CarPowerManager.CarPowerStateListener.SHUTDOWN_PREPARE) { // 例子，应用端处理完成后，调用future.complete 告知CPMS处理完成 if (future != null) { future.complete(null); } } } }; packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarPowerManagementService.java // future.complete 会触发CPMS这个函数。 @Override public void finished(ICarPowerStateListener listener) { ICarImpl.assertPermission(mContext, Car.PERMISSION_CAR_POWER); ICarImpl.assertCallingFromSystemProcessOrSelf(); finishedImpl(listener.asBinder()); } private void finishedImpl(IBinder binder) { boolean allAreComplete; synchronized (mLock) { mListenersWeAreWaitingFor.remove(binder); allAreComplete = mListenersWeAreWaitingFor.isEmpty(); } // 所有Listener处理完成了。 if (allAreComplete) { signalComplete(); } } private void signalComplete() { if (mCurrentState.mState == CpmsState.SHUTDOWN_PREPARE || mCurrentState.mState == CpmsState.SIMULATE_SLEEP) { PowerHandler powerHandler; // All apps are ready to shutdown/suspend. synchronized (mLock) { if (!mShutdownOnFinish) { if (mLastSleepEntryTime > mProcessingStartTime && mLastSleepEntryTime mProcessingStartTime) { // entered sleep after processing start. So this could be duplicate request. Slog.w(TAG, "Duplicate sleep entry request, ignore"); return; } // 可以设置关机，即不进入挂起。 // 默认状态，走SUSPEND_ENTER listenerState = mShutdownOnFinish ? CarPowerStateListener.SHUTDOWN_ENTER : CarPowerStateListener.SUSPEND_ENTER; } // 处理状态变化（这个函数是两参的，并且是private的） onApPowerStateChange(CpmsState.WAIT_FOR_FINISH, listenerState); } private void onApPowerStateChange(int apState, int carPowerStateListenerState) { CpmsState newState = new CpmsState(apState, carPowerStateListenerState); synchronized (mLock) { mPendingPowerStates.addFirst(newState); mLock.notify(); } // 用 handler线程处理。下面省略了中间流程，最终调用的是doHandlePowerStateChange mHandler.handlePowerStateChange(); } private void doHandlePowerStateChange() { mCurrentState = state; switch (state.mState) { // 省略 case CpmsState.WAIT_FOR_FINISH: // 走这里 handleWaitForFinish(state); break; // 省略 default: // Illegal state // TODO: Throw exception? break; } } private void handleWaitForFinish(CpmsState state) { // 通知给CPMS的监听者当前状态 sendPowerManagerEvent(state.mCarPowerStateListenerState); int wakeupSec; synchronized (mLock) { // If we're shutting down immediately, don't schedule // a wakeup time. // 可以设置，进入休眠状态后的唤醒时间（默认是不设置的），0表示一直Sleep（除非VMCU主动唤起） wakeupSec = mGarageModeShouldExitImmediately ? 0 : mNextWakeupSec; } switch (state.mCarPowerStateListenerState) { case CarPowerStateListener.SUSPEND_ENTER: // // 给Vehicle HAL发送状态 // 发送的是DEEP_SLEEP_ENTRY，告知可以进入休眠状态了。 mHal.sendSleepEntry(wakeupSec); break; case CarPowerStateListener.SHUTDOWN_ENTER: mHal.sendShutdownStart(wakeupSec); break; } }到这里，就是告诉了VMCU，Android 挂起Ready了，也就是一切准备完成。然后MCU就会发送AP_POWER_STATE_REQ(FINISHED)，告知Android侧调用Linux内核的实现，把自己挂起来（Supend）。消息通知流程，跟上面的onPropertyEvent一致，这部分下面就省略了。 packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarPowerManagementService.java private void doHandlePowerStateChange() { mCurrentState = state; switch (state.mState) { // 省略 case CpmsState.SUSPEND: // Received FINISH from VHAL // 走这里 handleFinish(); break; default: // Illegal state // TODO: Throw exception? break; } } private void handleFinish() { // 省略 // 关闭Voice setVoiceInteractionDisabled(true); // To make Kernel implementation simpler when going into sleep. disableWifi(); if (mustShutDown) { // shutdown HU mSystemInterface.shutdown(); } else { // 处理深入睡眠 doHandleDeepSleep(simulatedMode); } mShutdownOnNextSuspend = false; } private void doHandleDeepSleep(boolean simulatedMode) { // keep holding partial wakelock to prevent entering sleep before enterDeepSleep call // enterDeepSleep should force sleep entry even if wake lock is kept. mSystemInterface.switchToPartialWakeLock(); mHandler.cancelProcessingComplete(); synchronized (mLock) { mLastSleepEntryTime = SystemClock.elapsedRealtime(); } int nextListenerState; if (simulatedMode) { // 省略 } else { // 最终会调用Kernel接口，Supend To RAM（感兴趣的小伙伴可以顺着这个接口看下去。 // 挂成功的情况下面，下面的代码就不会走了（CPU都没电了）。 // 之后的代码，就是CPU上电后的恢复流程了。 // 可以看出恢复前，要刷新一下屏幕亮度。然后走WAIT_FOR_VHAL状态。 boolean sleepSucceeded = suspendWithRetries(); if (!sleepSucceeded) { // Suspend failed and we shut down instead. // We either won't get here at all or we will power off very soon. return; } // We suspended and have now resumed nextListenerState = CarPowerStateListener.SUSPEND_EXIT; } synchronized (mLock) { mIsResuming = true; // Any wakeup time from before is no longer valid. mNextWakeupSec = 0; } Slog.i(TAG, "Resuming after suspending"); mSystemInterface.refreshDisplayBrightness(); onApPowerStateChange(CpmsState.WAIT_FOR_VHAL, nextListenerState); }综上是Android CarPower的深入睡眠睡眠主要流程，实际开发过程中。根据业务进行扩展，一般会添加一个跟CPMS平行，或者基于它的新的电源模块。下面是上面代码的时序图，供参考。 |
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