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  • android 电池（三）：android电池系统


    一、电池系统结构

           Android中的电池使用方式主要有三种：AC、USB、Battery 等不同的模式。在应用程序层次,通常包括了电池状态显示的功能。因此从 Android 系统的软件方面(包括驱动程序和用户空间内容)需要在一定程度上获得电池的状态，电池系统主要负责电池信息统计、显示。电池系统的架构如下所示:


    自下而上, Android 的电池系统分成以下几个部分:


    1、驱动程序：

    特定硬件平台电池的驱动程序,用 Linux的Power Supply 驱动程序,实现向用户空间提供信息。Battery 驱动程序需要通过sys文件系 统向用户空间提供接口, sys文件系统的路径是由上层的程序指定的。Linux标准的 Power Supply驱动程序 所使用的文件系统路径为:/sys/class/power_supply ,其中的每个子目录表示一种能源供应设备的名称。


    Power Supply 驱动程序的头文件在 include/linux/power_supply.h中定义,注册和注销驱动程序的函数如下所示: 

    [cpp] view plaincopy
    1. int power_supply_register(struct device *parent,struct power_supply *psy);   
    2. void power_supply_unregister(struct power_supply *psy);   
    3. struct power_supply {   
    4. const char *name;   
    5. /* 设备名称 */   
    6. enum power_supply_type type;   
    7. /* 类型 */   
    8. enum power_supply_property *properties;   
    9. /* 属性指针 */   
    10. size_t num_properties;   
    11. /* 属性的数目 */   
    12. char **supplied_to;   
    13. size_t num_supplicants;   
    14. int (*get_property)(struct power_supply *psy, /* 获得属性 */   
    15. enum power_supply_property psp,   
    16. union power_supply_propval *val);   
    17. void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy);   
    18. /* ...... 省略部分内容 */   
    19. };   

    Linux中驱动程序：power_supply


    2、本地代码 - JNI


    代码路径: frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp 这个类调用sys文件系统访问驱动程序,也同时提供了JNI的接口。

    这个文件提供的方法列表如下所示: 

    [java] view plaincopy
    1. static JNINativeMethod sMethods[] = {   
    2. {"native_update", "()V", (void*)android_server_BatteryService_update},   
    3. };    

    处理的流程为根据设备类型判定设备后, 得到各个设备的相关属性,则需要得到更多得 信息。例如:果是交流或者 USB 设备,只需 要得到它们是否在线( onLine );如果是电 池设备,则需要得到更多的信息,例如状态 ( status ),健康程度( health ),容 量( capacity ),电压 ( voltage_now )等。

    Linux 驱动 driver 维护着保存电池信息的一组文件 sysfs,供应用程序获取电源相关状态: 

    [cpp] view plaincopy
    1. #define AC_ONLINE_PATH "/sys/class/power_supply/ac/online" AC 电源连接状态   
    2. #define USB_ONLINE_PATH "/sys/class/power_supply/usb/online" USB电源连接状态   
    3. #define BATTERY_STATUS_PATH "/sys/class/power_supply/battery/status"充电状态   
    4. #define BATTERY_HEALTH_PATH "/sys/class/power_supply/battery/health"电池状态   
    5. #define BATTERY_PRESENT_PATH "/sys/class/power_supply/battery/present"使用状态   
    6. #define BATTERY_CAPACITY_PATH "/sys/class/power_supply/battery/capacity"电池 level   
    7. #define BATTERY_VOLTAGE_PATH "/sys/class/power_supply/battery/batt_vol"电池电压   
    8. #define BATTERY_TEMPERATURE_PATH "/sys/class/power_supply/battery/batt_temp"电池温度   
    9. #define BATTERY_TECHNOLOGY_PATH "/sys/class/power_supply/battery/technology"电池技术 当电池状态发生变化时,driver 会更新这些文件。传送信息到java  

    3 、JAVA 代码

    代码路径:

    frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java

    frameworks/base/core/java/android/os/ : android.os ：包中和Battery 相关的部分

    frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/：和Battery 相关的内部部分 BatteryService.java 通过调用, BatteryService JNI来实现com.android.server包中的 BatteryService类。BatteryManager.java中定义了一些 JAVA 应用程序层可以使用的常量。

           电池系统在驱动程序层以上的部分都是Android 系统中默认的内容。在移植的过程中基本不需要改动。电池系统需要移植的部分仅有Battery驱动程序。Battery 驱动程序用Linux 标准的Power Supply驱动程序与上层的接口是sys文件系统,主要用于读取sys文件系统中的文件来获取电池相关的信息。整个系统中各部件的联系：

    BatteryService 作为电池及充电相关的服务: 监听 Uevent、读取sysfs 里中的状态 、广播Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED。

    (1)、mUEventObserver

    BatteryService实现了一个UevenObserver mUEventObserver。uevent是Linux 内核用来向用户空间主动上报事件的机制,对于JAVA程序来说,只实现 UEventObserver的虚函数 onUEvent,然后注册即可。

    BatteryService只关注 power_supply 的事件,所以在构造函数注册:

    (2)、update()

    update读取sysfs文件做到同步取得电池信息, 然后根据读到的状态更新 BatteryService 的成员变量,并广播一个Intent来通知其它关注电源状态的 组件。

    当kernel有power_supply事件上报时, mUEventObserver调用update()函数,然后update 调用native_update从sysfs中读取相关状态(com_android_server_BatteryService.cpp):

    (3)、sysfs

    Linux 驱动 driver 维护着保存电池信息的一组文件 sysfs,供应用程序获取电源相关状态:


    二、Uevent部分


    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。如下图所示，如果其中有信息变化，uevent触发，做出相应的数更新。


    Android中的BatteryService及相关组件

    1、Androiduevent架构

         Android很多事件都是通过uevent跟kernel来异步通信的。其中类UEventObserver是核心。UEventObserver接收kernel的uevent信息的抽象类。


    （1）、server层代码
           battery server:
           frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
           frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java

    （2）、java层代码
          frameworks/base/core/java/android/os/UEventObserver.java
    （3）、JNI层代码
            frameworks/base/core/jni/android_os_UEventObserver.cpp
    （4）、底层代码
             hardware/libhardware_legacy/uevent/uevent.c

    读写kernel的接口socket(PF_NETLINK,SOCK_DGRAM, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
    2、UEventObserver的使用

    类UEventObserver提供了三个接口给子类来调用：
    （1）、onUEvent(UEvent event)： 子类必须重写这个onUEvent来处理uevent。
    （2）、startObserving(Stringmatch)： 启动进程，要提供一个字符串参数。
    （3）、stopObserving()： 停止进程。
       例子://在BatteryService.java中
    [java] view plaincopy
    1. mUEventObserver.startObserving("SUBSYSTEM=power_supply");  
    2.        private UEventObserver mUEventObserver = new UEventObserver() {  
    3.        @Override  
    4.              public void onUEvent(UEventObserver.UEvent event) {  
    5.               update();  
    6.              }  
    7.        };  

     在UEvent thread中会不停调用 update()方法，来更新电池的信息数据。

    3、vold server分析
    （1）、在system/vold/NetlinkManager.cpp中：
    [cpp] view plaincopy
    1. if ((mSock = socket(PF_NETLINK,SOCK_DGRAM,NETLINK_KOBJECT_UEVENT)) < 0) {  
    2.               SLOGE("Unable to create uevent socket: %s", strerror(errno));  
    3.               return -1;  
    4.       }  
    5.       if (setsockopt(mSock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &sz, sizeof(sz)) < 0) {  
    6.               SLOGE("Unable to set uevent socket options: %s", strerror(errno));  
    7.               return -1;  
    8.       }  
    9.       if (bind(mSock, (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr)) < 0) {  
    10.               SLOGE("Unable to bind uevent socket: %s", strerror(errno));  
    11.               return -1;  
    12.       }  
     （2）、然后在system/vold/NetlinkHandler.cpp的NetlinkHandler::onEvent中处理  
    [cpp] view plaincopy
    1. void NetlinkHandler::onEvent(NetlinkEvent *evt) {  
    2.          VolumeManager *vm = VolumeManager::Instance();  
    3.         const char *subsys = evt->getSubsystem();  
    4.         if (!subsys) {  
    5.               SLOGW("No subsystem found in netlink event");  
    6.               return;  
    7.         }  
    8.         if (!strcmp(subsys, "block")) {  
    9.               vm->handleBlockEvent(evt);  
    10.         } else if (!strcmp(subsys, "switch")) {  
    11.               vm->handleSwitchEvent(evt);  
    12.         } else if (!strcmp(subsys, "battery")) {  
    13.         } else if (!strcmp(subsys, "power_supply")) {  
    14.         }  
    15. }  

    （3）、在system/core/libsysutils/src/NetlinkListener.cpp中监听。
    4、batteryserver分析

       java代码：frameworks/frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java
       JNI代码： frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp

      （1）、BatteryService是跑在system_process当中，在系统初始化的时候启动，

    如下在BatteryService.java中：

    [java] view plaincopy
    1. Log.i(TAG, “Starting Battery Service.”);  
    2. BatteryService battery = new BatteryService(context);  
    3. ServiceManager.addService(“battery”, battery);  
       （2）、数据来源
           BatteryService通过JNI（com_android_server_BatteryService.cpp）读取数据。
            BatteryService通过JNI注册的不仅有函数，还有变量。 如下：BatteryService是跑在system_process当中，在系统初始化的时候启动，如下在BatteryService.java中：
    [java] view plaincopy
    1.   //##############在BatteryService.java中声明的变量################  
    2.   private boolean mAcOnline;  
    3.   private boolean mUsbOnline;  
    4.   private int mBatteryStatus;  
    5.   private int mBatteryHealth;  
    6.   private boolean mBatteryPresent;  
    7.   private int mBatteryLevel;  
    8.   private int mBatteryVoltage;  
    9.   private int mBatteryTemperature;  
    10.   private String mBatteryTechnology;  
    11. //在BatteryService.java中声明的变量，在com_android_server_BatteryService.cpp中共用，即在com_android_server_BatteryService.cpp中其实操作的也是BatteryService.java中声明的变量。  
    12. gFieldIds.mAcOnline = env->GetFieldID(clazz, “mAcOnline”, “Z”);  
    13. gFieldIds.mUsbOnline = env->GetFieldID(clazz, “mUsbOnline”, “Z”);  
    14. gFieldIds.mBatteryStatus = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryStatus”, “I”);  
    15. gFieldIds.mBatteryHealth = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryHealth”, “I”);  
    16. gFieldIds.mBatteryPresent = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryPresent”, “Z”);  
    17. gFieldIds.mBatteryLevel = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryLevel”, “I”);  
    18. gFieldIds.mBatteryTechnology = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryTechnology”, Ljava/lang/String;”);  
    19. gFieldIds.mBatteryVoltage = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryVoltage”, “I”);  
    20. gFieldIds.mBatteryTemperature = env->GetFieldID(clazz, “mBatteryTemperature”, “I”);  
    21. //上面这些变量的值，对应是从下面的文件中读取的，一只文件存储一个数值。  
    22. #define AC_ONLINE_PATH “/sys/class/power_supply/ac/online”  
    23. #define USB_ONLINE_PATH “/sys/class/power_supply/usb/online”  
    24. #define BATTERY_STATUS_PATH “/sys/class/power_supply/battery/status”  
    25. #define BATTERY_HEALTH_PATH “/sys/class/power_supply/battery/health”  
    26. #define BATTERY_PRESENT_PATH “/sys/class/power_supply/battery/present”  
    27. #define BATTERY_CAPACITY_PATH “/sys/class/power_supply/battery/capacity”  
    28. #define BATTERY_VOLTAGE_PATH “/sys/class/power_supply/battery/batt_vol”  
    29. #define BATTERY_TEMPERATURE_PATH “/sys/class/power_supply/battery/batt_temp”  
    30. #define BATTERY_TECHNOLOGY_PATH “/sys/class/power_supply/battery/technology”  
      （3）、数据传送
         BatteryService主动把数据传送给所关心的应用程序，所有的电池的信息数据是通过Intent传送出去的。在BatteryService.java中，Code如下:
    [java] view plaincopy
    1. Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);  
    2. intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY);  
    3. intent.putExtra(“status”, mBatteryStatus);  
    4. intent.putExtra(“health”, mBatteryHealth);  
    5. intent.putExtra(“present”, mBatteryPresent);  
    6. intent.putExtra(“level”, mBatteryLevel);  
    7. intent.putExtra(“scale”, BATTERY_SCALE);  
    8. intent.putExtra(“icon-small”, icon);  
    9. intent.putExtra(“plugged”, mPlugType);  
    10. intent.putExtra(“voltage”, mBatteryVoltage);  
    11. intent.putExtra(“temperature”, mBatteryTemperature);  
    12. intent.putExtra(“technology”, mBatteryTechnology);  
    13. ActivityManagerNative.broadcastStickyIntent(intent, null);  

    （4）、数据接收

     应用如果想要接收到BatteryService发送出来的电池信息，则需要注册一个Intent为Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED的BroadcastReceiver。

           注册方法如下：
    [java] view plaincopy
    1. IntentFilter mIntentFilter = new IntentFilter();  
    2. mIntentFilter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);  
    3. registerReceiver(mIntentReceiver, mIntentFilter);  
    4. private BroadcastReceiver mIntentReceiver = new BroadcastReceiver() {  
    5.     @Override  
    6.     public void onReceive(Context context, Intent intent) {  
    7.         // TODO Auto-generated method stub  
    8.         String action = intent.getAction();  
    9.         if (action.equals(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED)) {  
    10.             int nVoltage = intent.getIntExtra(“voltage”, 0);  
    11.             if(nVoltage!=0){  
    12.                 mVoltage.setText(“V: ” + nVoltage + “mV – Success…”);  
    13.             }  
    14.             else{  
    15.                 mVoltage.setText(“V: ” + nVoltage + “mV – fail…”);  
    16.             }  
    17.         }  
    18.     }  
    19. };  

    （5）、数据更新
            电池的信息会随着时间不停变化，自然地，就需要考虑如何实时的更新电池的数据信息。在BatteryService启动的时候，会同时通过UEventObserver启动一个onUEvent Thread。每一个Process最多只能有一个onUEvent Thread，即使这个Process中有多个UEventObserver的实例。当在一个Process中，第一次Call startObserving()方法后，这个UEvent thread就启动了。而一旦这个UEvent thread启动之后，就不会停止。

           //在BatteryService.java中
    [java] view plaincopy
    1. mUEventObserver.startObserving(“SUBSYSTEM=power_supply”);  
    2. private UEventObserver mUEventObserver = new UEventObserver() {  
    3.     @Override  
    4.     public void onUEvent(UEventObserver.UEvent event) {  
    5.         update();  
    6.     }  
    7. };  

        在UEvent thread中会不停调用 update()方法，来更新电池的信息数据。
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