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

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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：

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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, "%s\n", "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：

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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

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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：

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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：

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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：

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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

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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。

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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：

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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：

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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

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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 %d\n", state);  
18.         mutex_unlock(&early_suspend_lock);  
19.         goto abort;  
20.     }  
21.   
22.     if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)  
23.         pr_info("early_suspend: call handlers\n");  
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: sync\n");  
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。

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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 %d\n", state);  
18.         goto abort;  
19.     }  
20.     if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)  
21.         pr_info("late_resume: call handlers\n");  
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: done\n");  
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。

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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。