Android电池管理系统系统分析

Android电池管理系统总体实现：
电池管理在Android系统中的主要作用是检测我们的电池状态，剩余电量实时更新，高温报警，低电量关机等。Android的电池管理模块，从Android的应用层到底层内核分为了4层来理解，从上到下依次为，应用层，framwork层，本地框架层，内核驱动层。

一、Android 电池服务

Android电池服务BatteryService，用来监听内核上报的电池事件，并将最新的电池数据上报给系统，系统收到新数据后会去更新电池显示状态、剩余电量等信息。如果收到过温报警和低电报警，系统会自动触发关机流程，保护电池和机器不受到危害。

Android电池服务的源码结构 ：

        frameworks/base/services/java/com/android/server/ 
        ├── SystemServer.java 
                 创建BatteryService、PowerManagerService、ActivityManagerService 
        frameworks/base/services/core/java/com/android/server/
        ├── BatteryService.java
                 监听底层上报的battery事件，广播电池发生改变的消息 （广播Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED）

        frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/
        ├── ActivityManagerService.java 
                 创建BatteryStatsService 
        ├── BatteryStatsService.java 
                 统计和记录电池参数的信息 

        frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/
        ├── PowerManagerService.java 
                 监听电池发生变化的广播消息，并调节系统的电源状态，例如亮屏 

        frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/
        ├── BatteryStatsImpl.java 
                 统计和记录电池参数的信息，并通知其他模块 

二、Healthd

healthd是android4.4之后提出来的一种中介模型，安卓源码路径下system/core/healthd， 主要是通过binder机制去调用healthd向下监听来自底层的电池事件，向上传递电池数据信息给Framework层的BatteryService用来计算电池电量相关信息，BatteryService通过传递来的数据来计算电池电量等信息，因此healthd在电池管理系统中起着承上启下的作用。

主要是通过BatteryMonitor.cpp中的bool BatteryMonitor::update(void)函数上报信息，其中，内核首先会更新数据到/sys/class/power_supply/battery节点下各个属性。

Healthd的源码结构：

         System/core/healthd/
        ├── healthd.cpp 
                 创建uevent socket，监听内核上报的内核事件 
        ├── BatteryMonitor.cpp 
                 初始化本地电池数据结构，将power_supply路径下属性节点路径填充进去， 
        ├── BatteryMonitor.h 
        ├── BatteryPropertiesRegistrar.cpp 
                 创建电池属性监听器，并将其注册到Android的系统服务中 
        ├── BatteryPropertiesRegistrar.h

health模块的代码位置位于/system/core/healthd/,其入口在Healthd.cpp中的main函数中：

    healthd_mode_ops = &android_ops;  //开机充电时初始化结构体
    healthd_mode_ops = &charger_ops;  //关机充电时初始化结构体

healthd_mode_ops是一个充电状态的结构体，正常开机情况下会 将android_ops结构体赋值给healthd_mode_ops ，如果在关机情况下会将 charget_ops结构体赋值给healthd_mode_opos，就是关机充电的使用。

然后在healthd_init中，主要做一些初始化工作，并且创建了一个epoll,主要用于将文件指针挂在工作队列中，用于轮询查看驱动层是否发来信息，然后调用uevent_init()对uevent进行注册，应为从上篇文章我们明白，电池驱动是通过uevent与health进行通信的，uevent通信本质上就是socket通信。

    epollfd = epoll_create(MAX_EPOLL_EVENTS);

初始化之后，执行healthd_mainloop()，开启了一个无线循环，监听是否有uevent事件到来，如果在for循环中检测到uevent事件到来的时候，会直接调用 uevent_event函数

在uevent_event函数中，会判断SSUBSYSTEM是否等于POWER_SUPPLY_SUBSYSTEM,如果是的话，说明是电池驱动传过来的信息，会执行healthd_battery_update()函数。在该函数中会直接调用BatteryMonitor中的update()函数,对电池的各个属性进行更新，并在最后调用在前面注册的监听进行上报。

在update()函数中调用 healthd_mode_ops->battery_update(&props) 进行，其中battery_update(&props)为在health.cpp中初始化的结构体，最后返回当前的充电状态。

battery_update()调用的函数如下，调用注册的监听进行上报：

    void healthd_mode_android_battery_update(
    struct android::BatteryProperties *props) {
    if (gBatteryPropertiesRegistrar != NULL)
        gBatteryPropertiesRegistrar->notifyListeners(*props); //调用监听并传入属性值
    return;
    }

接着gBatteryPropertiesRegistrar 这个监听就会回调在framwork层实现的函数，然后通过Binder机制向上层通信

ps：这篇文章介绍Healthd说的比较详细：https://blog.csdn.net/zhou12314/article/details/79404348

三、驱动

驱动部分大概流程是这样的：
Android内核中的电池驱动采取的是linux 内核驱动中的 power_supply子系统框架进行上报电池状态。power_supply主要通过sys文件系统向用户层提供读取电池状态的接口，路径为 /sys/class/power_supply/ , 该目录下通常会有 ac , battery, usb 三个目录，代表给Android系统供电的三种能源类型，其中电池的状态就在battery的目录下，当电池状态变化的时候会通过uevent机制通知上层，然后上层通过读取该目录下相应的值来动态的显示电池状态。

驱动的源码结构 ：

kernel/drivers/power

1、对电源（ac , battery, usb）进行初始化（这里说的是rk818）：

对应驱动文件：drivers/power/rk818_charger.c

     469 static const struct power_supply_desc rk818_ac_desc = {
     470         .name           = "ac",//设备名称
     471         .type           = POWER_SUPPLY_TYPE_MAINS,//类型
     472         .properties     = rk818_ac_props,//属性
     473         .num_properties = ARRAY_SIZE(rk818_ac_props),//属性数目
     474         .get_property   = rk818_cg_ac_get_property,//得到属性的函数
     475 };
     476
     477 static const struct power_supply_desc rk818_usb_desc = {
     478         .name           = "usb",
     479         .type           = POWER_SUPPLY_TYPE_USB,
     480         .properties     = rk818_usb_props,
     481         .num_properties = ARRAY_SIZE(rk818_usb_props),
     482         .get_property   = rk818_cg_usb_get_property,
     483 };
    

对应驱动文件：drivers/power/rk818_battery.c

    1017 static const struct power_supply_desc rk818_bat_desc = {
    1018         .name           = "battery",
    1019         .type           = POWER_SUPPLY_TYPE_BATTERY,
    1020         .properties     = rk818_bat_props,
    1021         .num_properties = ARRAY_SIZE(rk818_bat_props),
    1022         .get_property   = rk818_battery_get_property,
    1023 };

这里主要是实现给电源名字类型等赋初值，最主要是将get_property函数指向我们写好的可以得到电源的属性的函数的起始地址，以便当内核需要用到驱动的信息的时候进行回调。

2、通过power_supply_register（devm_power_supply_register最终也是调用power_supply_register）将所提供的电源进行注册,即把他们的属性写到sys文件系统里，使用户空间可以得到有关电源的信息。

    489   cg->usb_psy = devm_power_supply_register(cg->dev, &rk818_usb_desc,
    490        															&psy_cfg);

power_supply_register调用内核提供的函数device_create（）和power_supply_create_attrs来实现电源的注册，这里电源类型是usb。

3、Power Supply驱动程序头文件是kernel/include/linux/power_supply.h，注册和注销驱动程序的函数如下：

int power_supply_register(struct device *parent,struct power_supply *psy);

	void power_supply_unregister(struct power_supply *psy);

	struct power_supply {

	const char *name; /*设备名称*/

	enum power_supply_type type; /* 类型 */

	enum power_supply_property *properties; /* 属性指针 */

	size_t num_properties; /*属性的数目*/

	char* *supplied_to;

	size_t num_supplicants;

	int (*get_property)(struct power_supply *psy, /*获得属性*/

	enum power_supply_property psp,

	union power_supply_propval *val);

	void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy);

	/* ...... 省略部分内容 */

内核主要通过get_property这个函数指针来获得驱动中的有关电池的信息，而这个函数在内核中只给出了声明，我们在写驱动的时候要自己实现这个函数，即将自己写的函数赋值给这个函数指针，当内核需要驱动中电源信息的时候就回调这个get_property函数。另外，我们写驱动程序的时候又要给用户提供接口，内核中提供给用户的接口就是sysfs，通过读取sysfs文件系统中文件内容，就可以得到电源的信息。内核主要通过两个文件power_supply_class.c 和power_supply_core.c，我们调用其中的函数就可以把电源（BATTERY，USB或AC）的信息展现给用户，有关电源的属性写在/sys/class/powersupply文件夹下（此文件夹为程序运行后所生成的）。

ac和usb只创建了一个online属性，上层通过判断ac和usb的online状态（1表示设备接入，0表示设备拔出）便可知道当前系统是由什么设备在充电了；而battery则创建了如status、health、present、capacity、batt_vol等等和电池相关的诸多属性，上层通过这些电池属性uevent便可监控电池的当前工作状态了。下面举例是battery，ac和usb同理。

  	955 	static int rk818_battery_get_property(struct power_supply *psy,
    956                                       enum power_supply_property psp,
    957                                       union power_supply_propval *val)
    958 	{
    959         struct rk818_battery *di = power_supply_get_drvdata(psy);
    960
    961         switch (psp) {
    962         case POWER_SUPPLY_PROP_CURRENT_NOW:
    963                 val->intval = di->current_avg * 1000;/*uA*/ //获取电池电流
    964                 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL)
    965                         val->intval = VIRTUAL_CURRENT * 1000;
    966                 break;
    967         case POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_NOW:
    968                 val->intval = di->voltage_avg * 1000;/*uV*/ //获取电池电压
    969                 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL)
    970                         val->intval = VIRTUAL_VOLTAGE * 1000;
    971                 break;
    972         case POWER_SUPPLY_PROP_PRESENT:
    973                 val->intval = is_rk818_bat_exist(di);
    974                 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL)
    975                         val->intval = VIRTUAL_PRESET;
    976                 break;
    977         case POWER_SUPPLY_PROP_CAPACITY:
    978                 val->intval = di->dsoc; //获取电池电量
    979                 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL)
    980                         val->intval = VIRTUAL_SOC;
    981                 DBG("<%s>. report dsoc: %d\n", __func__, val->intval);
    982                 break;
    983         case POWER_SUPPLY_PROP_HEALTH:
    984                 val->intval = POWER_SUPPLY_HEALTH_GOOD;
    985                 break;
    986         case POWER_SUPPLY_PROP_TEMP:
    987                 val->intval = di->temperature;
    988                 if (di->pdata->bat_mode == MODE_VIRTUAL)
    989                         val->intval = VIRTUAL_TEMPERATURE;
    990                 break;

各能源设备属性概况如下（adb工具cat可以查看）：

	/sys/class/power_supply/ac/online AC 电源连接状态

	/sys/class/power_supply/usb/online USB电源连接状态

	/sys/class/power_supply/battery/status 充电状态

	/sys/class/power_supply/battery/health 电池状态

	/sys/class/power_supply/battery/present 使用状态

	/sys/class/power_supply/battery/capacity 电池 level

	/sys/class/power_supply/battery/batt_vol 电池电压

	/sys/class/power_supply/battery/batt_temp 电池温度

	/sys/class/power_supply/battery/technology 电池技术

当供电设备的状态或者电量发生变化后，会调用power_supply_changed(&battery_data->battery)更新这些文件;

	//Send uevent.
	power_supply_changed(&battery_data->battery);

备注：
1、Uevent机制
Uevent是内核通知android有状态变化的一种方法，比如USB线插入、拔出，电池电量变化等等。其本质是内核发送（可以通过socket）一个字符串，应用层（android）接收并解释该字符串，获取相应信息。