Android在标准linux基础上对休眠唤醒的实现(转载)

jpchen

一、新增特性介绍

实际上，android仍然是利用了标准linux的休眠唤醒系统，只不过添加了一些使用上的新特性，early suspend、late resume、wake lock。

Early suspend - 这个机制定义了在suspend的早期，关闭显示屏的时候，一些和显示屏相关的设备，比如背光、重力感应器和触摸屏等设备都应该被关掉，但是此时系统可能还有持有wake lock的任务在运行，如音乐播放，电话，或者扫描sd卡上的文件等，这个时候整个系统还不能进入真正睡眠，直到所有的wake lock都没释放。在嵌入式设备中，悲观是一个很大的电源消耗，所有android加入了这种机制。

Late resume - 这个机制定义了在resume的后期，也就是唤醒源已经将处理器唤醒，标准linux的唤醒流程已经走完了，在android上层系统识别出这个物理上的唤醒源是上层定义的，那么上层将会发出late resume的命令给下层，这个时候将会调用相关设备注册的late resume回调函数。

Wake lock - wakelock在android的电源管理系统中扮演一个核心的角色，wakelock是一种锁的机制, 只要有task拿着这个锁, 系统就无法进入休眠, 可以被用户态进程和内核线程获得。这个锁可以是有超时的或者是没有超时的, 超时的锁会在时间过去以后自动解锁。如果没有锁了或者超时了, 内核就会启动标准linux的那套休眠机制机制来进入休眠。

二、kernel层源码解析 - early suspend 和 late resume实现
相关源码：[mw_shl_code=c,false]
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
[/mw_shl_code]

之前标准的linux的sysfs的接口只需要一个state就够了，现在至少需要3个接口文件：state、wake_lock、wake_unlock。现在为了配合android为休眠唤醒添加的几种新特性，可以填入文件state的模式又多了一种：on, 标准android系统中只支持state的on和mem模式，其余的暂不支持。wake_lock和wake_unlock接口对应的读写函数在文件userwakelock.c中，对wakelock.c中的create wakelock或者release wakelock进行了封装，供用户空间来使用。

如果上层用户执行:echo xxx(on or mem) > sys/power/state的话，将会调用到如下函数：[mw_shl_code=java,false]
static ssize_t state_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
const char *buf, size_t n)
{
#ifdef CONFIG_SUSPEND // set
#ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND    //set
       suspend_state_t state = PM_SUSPEND_ON;   // for early suspend and late resume
#else
       suspend_state_t state = PM_SUSPEND_STANDBY;
#endif
       const char * const *s;
#endif
       char *p;
       int len;
       int error = -EINVAL;

       p = memchr(buf, '/n', n);
       len = p ? p - buf : n;

       /* First, check if we are requested to hibernate */
       if (len == 4 && !strncmp(buf, "disk", len)) {
              error = hibernate();  // 检查是否要求进入disk省电模式，暂时不支持
  goto Exit;
       }

#ifdef CONFIG_SUSPEND        // def
       for (s = &pm_states[state]; state < PM_SUSPEND_MAX; s++, state++) {
              if (*s && len == strlen(*s) && !strncmp(buf, *s, len))
                     break;
       }
       if (state < PM_SUSPEND_MAX && *s)
#ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
              if (state == PM_SUSPEND_ON || valid_state(state)) {
// 需要经过平台pm.c文件定义的模式支持检查函数，mtk只支持mem，同时如果是android发送出来的late resume命令(on)，这里也会放行，往下执行
                     error = 0;
                     request_suspend_state(state);     // android休眠唤醒的路线
              }
#else
              error = enter_state(state);// 标准linux休眠唤醒的路线
#endif
#endif

Exit:
       return error ? error : n;
}

@ kernel/kernel/power/earlysuspend.c
enum {
       DEBUG_USER_STATE = 1U << 0,
       DEBUG_SUSPEND = 1U << 2,
};
int Earlysuspend_debug_mask = DEBUG_USER_STATE;
module_param_named(Earlysuspend_debug_mask, Earlysuspend_debug_mask, int, S_IRUGO | S_IWUSR | S_IWGRP);

static DEFINE_MUTEX(early_suspend_lock);
static LIST_HEAD(early_suspend_handlers);
static void early_sys_sync(struct work_struct *work);
static void early_suspend(struct work_struct *work);
static void late_resume(struct work_struct *work);
static DECLARE_WORK(early_sys_sync_work, early_sys_sync);
static DECLARE_WORK(early_suspend_work, early_suspend);
static DECLARE_WORK(late_resume_work, late_resume);
static DEFINE_SPINLOCK(state_lock);
enum {
       SUSPEND_REQUESTED = 0x1,
       SUSPENDED = 0x2,
       SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED = SUSPEND_REQUESTED | SUSPENDED,
};
static int state;             // 初始化为0

static DECLARE_COMPLETION(fb_drv_ready);

void request_suspend_state(suspend_state_t new_state)
{
       unsigned long irqflags;
       int old_sleep;

       spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
       old_sleep = state & SUSPEND_REQUESTED; // state = 1 or 3
// state的值会在0->1->3->2->0循环变化，后面分析代码都可以看出这些值代表系统目前处于什么阶段，简单得说就是：正常->准备进early suspend->开始early suspend并且对名为mian的wakelock解锁，如果此时没有其余wakelock处于lock状态，那么系统就走linux的休眠唤醒路线让整个系统真正休眠，直到唤醒源发生，然后将处理器和linux层唤醒。之后android层判断本次底层醒来是由于我所定义的唤醒源引起的吗？如果不是，android将不予理会，过段时间没有wakelock锁，系统会再次走linux的休眠路线进入休眠。如果是，那么android上层就会写一个on的指令到state接口中，同样是会调用到函数request_suspend_state() -> 准备执行late resume -> 开始执行late resume，之后整个系统就这样被唤醒了。
       if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
              struct timespec ts;        // 打印出debug信息
              struct rtc_time tm;
              getnstimeofday(&ts);
              rtc_time_to_tm(ts.tv_sec, &tm);
              pr_info("[request_suspend_state]: %s (%d->%d) at %lld "
                     "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)/n",
                     new_state != PM_SUSPEND_ON ? "sleep" : "wakeup",
                     requested_suspend_state, new_state,
                     ktime_to_ns(ktime_get()),
                     tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
                     tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
       }
// eg: [request_suspend_state]: sleep (0->3) at 97985478409 (2010-01-03 09:52:59.637902305 UTC)， 这里对时间的获取和处理，在其他地方可以参考
       // ready to enter earlysuspend
       if (!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) { // susepnd会进入这里
              state |= SUSPEND_REQUESTED;    // state = 1
              pr_info("[request_suspend_state]:
sys_sync_work_queue early_sys_sync_work/n");
              queue_work(sys_sync_work_queue, &early_sys_sync_work);
              pr_info("[request_suspend_state]: suspend_work_queue early_suspend_work/n");
              queue_work(suspend_work_queue, &early_suspend_work);
// 在wakelocks_init()函数(wakelock.c)中会创建这两个工作队列和工作者线程来专门负责处理sys_sync和early suspend的工作。关于工作队列的详情参考我工作队列的文章
       }
       // ready to enter lateresume
       else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
              state &= ~SUSPEND_REQUESTED; // state = 2
              wake_lock(&main_wake_lock);         // 对main wakelock上锁
              pr_info("[request_suspend_state]: suspend_work_queue late_resume_work/n" );
              if (queue_work(suspend_work_queue, &late_resume_work)) {
// 提交late resume的工作项
            //
            //  In order to synchronize the backlight turn on timing,
            //  block the thread and wait for fb driver late_resume()
                  //  callback function is completed
                  //
            wait_for_completion(&fb_drv_ready);     
// 等待完成量fb_drv_ready，他会在late resume结束之后完成
        }
       }
       requested_suspend_state = new_state;     
// 存储本次休眠或者是唤醒的状态，供下次休眠或者唤醒使用
       spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
}

在系统suspend的时候提交的两个工作项会陆续被执行到，那么下面就来看一下执行early suspend的关键函数。
static void early_sys_sync(struct work_struct *work)
{
       wake_lock(&sys_sync_wake_lock);
       printk("[sys_sync work] start/n");
       sys_sync();    // 同步文件系统
       printk("[sys_sync wrok] done/n");
       wake_unlock(&sys_sync_wake_lock);
}

static void early_suspend(struct work_struct *work)
{
       struct early_suspend *pos;
       unsigned long irqflags;
       int abort = 0;

       mutex_lock(&early_suspend_lock);
       spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
       if (state == SUSPEND_REQUESTED)
              state |= SUSPENDED; // state = 3
       else
              abort = 1;
       spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);

       if (abort) {     // suspend 中止退出
              if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
                     pr_info("[early_suspend]: abort, state %d/n", state);
              mutex_unlock(&early_suspend_lock);
              goto abort;
       }

       if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
              pr_info("[early_suspend]: call handlers/n");
       list_for_each_entry(pos, &early_suspend_handlers, link) {
              if (pos->suspend != NULL)
                     pos->suspend(pos);
       }
// 函数register_early_suspend()会将每一个early suspend项以优先级大小注册到链表early_suspend_handlers中，这里就是一次取出，然后执行对应的early suspend回调函数
       mutex_unlock(&early_suspend_lock);

       // Remove sys_sync from early_suspend,
       // and use work queue to complete sys_sync

abort:
       spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
       if (state == SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED)
       {
              pr_info("[early_suspend]: wake_unlock(main)/n");
              wake_unlock(&main_wake_lock);
// main wakelock 解锁。看到这里，好像系统执行了early suspend之后就没有往下执行标准linux的suspend流程了，其实不是，android的做法是，不是你执行完了early suspend  的回调就可以马上走标准linux的suspend流程，而是会检查还有没有wakelock被持有，如果所有wakelock全是解锁状态，那么就会执行标准linux的suspend步骤。
}
       spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
}

static void late_resume(struct work_struct *work)
{
       struct early_suspend *pos;
       unsigned long irqflags;
       int abort = 0;
    int completed = 0;

       mutex_lock(&early_suspend_lock);
       spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);

    // return back from suspend
       if (state == SUSPENDED)
              state &= ~SUSPENDED;    // state = 0
       else
              abort = 1;
       spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);

       if (abort) {
              if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
                     pr_info("[late_resume]: abort, state %d/n", state);
              goto abort;
       }
       if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
              pr_info("[late_resume]: call handlers/n");
       list_for_each_entry_reverse(pos, &early_suspend_handlers, link)
    {
        if (!completed && pos->level < EARLY_SUSPEND_LEVEL_DISABLE_FB) {
            complete(&fb_drv_ready);
            completed = 1;
        }
              if (pos->resume != NULL)
                     pos->resume(pos);
    }
// 以和early suspend的逆序执行链表early_suspend_handlers上的late resume回调函数
if (Earlysuspend_debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
              pr_info("[late_resume]: done/n");
abort:
    if (!completed)
        complete(&fb_drv_ready);   // 设置完成量ok
     mutex_unlock(&early_suspend_lock);
}
[/mw_shl_code]

leung先森

好文章。