《嵌入式 Linux 系统的电源管理》讲义

Linux电源管理详解作者：田冰超来源：《硅谷》2010年第02期中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0120015-011 概述虽然Linux可以在任何一台386以上的PC上运行,目前大多数人使用的都是新型的,带有各种外设的桌面PC或者笔记本电脑,这样,电源管理功能(PM)就逐渐变得越来越重要。

在笔记本电脑上电源管理可以节能,延长电池寿命,而在桌面PC上它可以降低辐射,降温,延长外设使用寿命。

现在的操作系统大都内置了电源管理支持。

2 PC机实现电源管理的方法要实现电源管理,最重要的有两点:第一是需要设备本身支持节电功能,比如硬盘,可以通过指令暂时关闭;第二是需要操作系统支持电源管理,这样就可以在空闲一段时间之后调用驱动的电源管理功能关闭设备。

两种电源管理标准:APM和ACPI:传统的APM(Advanced Power Management)是一种基于bios的电源管理标准,目前的最新版本是1.2,它提供了CPU和设备电源管理的功能,但是由于这种电源管理方式主要是由bios实现,所以有些缺陷,比如对bios的过度依赖,新老bios之间的不兼容性,以及无法判断电源管理命令是由用户发起的还是由bios发起的,对某些新硬件如USB和1394的不支持性为了弥补APM的缺陷,新的电源管理ACPI应运而生,这就是ACPI(AdvancedConfiguration and Power Interface),它主要是将电源管理的主要执行者由bios转换成为操作系统,这样可以提供更大的灵活性以及可扩展性。

目前的PC机主板一般同时支持APM和ACPI 两种标准。

3 Linux对电源管理的支持针对APM和ACPI两种不同的标准,Linux内核提供了两个不同的模块来实现电源管理功能,这就是apm和acpi。

需要注意,apm和acpi是互相冲突的两个模块,用户在同一时间内只能加载其中之一,如果当他们在加载的时候发现二者之一已经加载,就会自动退出。

《嵌入式Linux操作系统》教学大纲一、课程的性质、目的与任务本课程是计算机科学与技术与软件工程专业的选修课，主要讲授Linux嵌入式操作系统的内核结构、引导程序、图形库、内核构建和移植技术，讲授在嵌入式开发环境下设计开发设备驱动程序、嵌入式应用程序的基本技术，培养学生进行嵌入式设计和开发的应用能力和实践技能，增强就业能力，为学生今后学习和从事嵌入式系统研究与开发积累初步的经验。

二、课程教学基本要求及基本内容第1章LINUX概述（一）基本教学内容1. Linux的特点2．Linux的结构3．Linux内核版本4．Linux发行版本5．Linux软件资源及发展方向（二）基本要求教学目的：掌握LINUX的内核版本号规则、LINUX的发行商、GNU/GPL的含义等；理解LINUX与其他操作系统的优缺点；了解LINUX的发展历程；教学重点：Linux的发展历史，Linux内核的概念及内核版本编号的涵义，Linux常见的发行套件。

教学难点：Linux套件的涵义，Linux内核版本与Linux套件的区别与联系。

第2章LINUX的安装与启动（一）基本教学内容1．安装的基本知识2．安装的过程3．GRUB引导4．引导过程（二）基本要求教学目的：掌握LINUX的安装与启动、虚拟机的安装；理解LINUX的引导过程；了解LINUX 的工作原理；教学重点：虚拟机安装与设置，Linux操作系统的安装。

教学难点：GRUB引导的过程，Linux的启动过程。

第3章图形界面（一）基本教学内容1．X WINDOW2．KDE桌面环境3．GNOME桌面环境4.桌面环境的使用（二）基本要求教学目的：掌握GUI界面环境设置方法、KDE工作环境及工作组件；教学重点：KDE桌面环境与GNOME桌面环境的概念以及两者的安装与使用的异同，桌面环境常用功能的使用。

教学难点：X WINDOW服务器与客户端的理解。

第4章LINUX基础（一）基本教学内容1.使用LINUX2．用户界面3．基础命令4．文件系统5．文件属性6．文件备份与压缩7．进程管理（二）基本要求教学目的：掌握linux的启动与登陆、Linux系统的目录结构与几种文件类型、文件属性的含义并掌握设置方法等；理解LINUX的权限与权限的表示方法；教学重点：常用Linux命令的使用，文件系统的目录结构以及每个目录的具体作用，文件属性的含义与设置。

嵌入式系统中电源管理电路的设计与实现针对大部分嵌入式系统的电池电源管理问题，设计了一种为嵌入式系统——尤其是应用在手持式和便携式设备的嵌入式系统进行电源管理的单元电路模块。

该电源管理电路以MAX8903为核心，具有输入范围宽、体积紧凑、外围电路简单、工作效率较高等优点，可以在嵌入式系统中用来管理电池充电、电源选择、电源检测等，很好地满足了电源管理单元的功能需求。

1 系统简介电子电路集成工艺的飞速发展使计算机系统体积不断缩小，性能不断地提升，同时移动通信技术的发展让这些计算机系统更加的便携，许多便携式计算机开始使用电池供电。

高性能运算通常伴随着高功耗，而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之间的问题越发突出。

电源管理技术的出现缓和了两者之间的矛盾，通过有效的电源分配降低系统的整体功耗。

电源管理技术在桌上型计算机、服务器上十分常见，然而在嵌入式领域，由于嵌入式系统的开发通常是针对特殊的应用场合，电源管理技术发展相对缓慢。

本文以一个完整的嵌入式系统手持终端设备为例，对系统的电源管理电路进行了设计，以ARM为控制中心，内部包含256 MBDDR内存和512 MB NandFlash存储器，提供异步串口、USB、WiFi、AC97、显示等电路单元。

充电接口包括USB和交流适配器两种接口，其中交流适配器输出电压范围在5——12 V之间，提供大于1 A的输出电流。

电源部分主要包括：电池检测电路、电池充电电路、电源智能选择器、DC-DC 转换、电源控制电路等。

2 电源管理电路分析2.1 充电管理芯片介绍充电管理芯片选用MAXIM的MAX8903A，基本特性如下：（1）4.15 V——16 V的高效DC-DC输入范围，不需要设计散热器，有利于设计体积小的设备；（2）公用或单独的USB和适配器输入，具有高达2 A（可调）的电流上限；（3）4 MHz开关频率允许使用微小的外部元件；（4）立即导通：在没有电池或电池过放电时保持工作；（5）50 mΩ集成负载开关；（6）高达16 V的输入OVP（过压保护）；（7）热敏电阻监测，热调整功能防止过热；（8）充电定时器；（9）4 mm×4 mm、28引脚TQFN封装。

Linux电源管理详解 -电脑资料1.概述虽然Linux可以在任何一台386以上的PC上运行，目前大多数人使用的都是新型的，带有各种外设的桌面PC或者笔记本电脑，这样，电源管理功能(PM)就逐渐变得越来越重要，Linux电源管理详解。

在笔记本电脑上电源管理可以节能，延长电池寿命，而在桌面PC上它可以降低幅射，降温，延长外设使用寿命。

现在的操作系统大都内置了电源管理支持，例如 Windows 和 Linux。

2.PC机实现电源管理的方法要实现电源管理，最重要的有两点：第一是需要设备本身支持节电功能，比如硬盘，可以通过指令暂时关闭；第二是需要操作系统支持电源管理，这样就可以在空闲一段时间之后调用驱动的电源管理功能关闭设备。

两种电源管理标准：APM和ACPI传统的APM(Advanced Power Management)是一种基于bios的电源管理标准，目前的最新版本是1.2，它提供了CPU和设备电源管理的功能，但是由于这种电源管理方式主要是由bios实现，所以有些缺陷，比如对bios的过度依赖，新老bios之间的不兼容性，以及无法判断电源管理命令是由用户发起的还是由bios发起的，对某些新硬件如USB和1394的不支持性。

为了弥补APM的缺陷，新的电源管理ACPI应运而生，这就是ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)，它主要是将电源管理的主要执行者由bios转换成为操作系统，这样可以提供更大的灵活性以及可扩展性。

目前的PC机主板一般同时支持APM和ACPI两种标准。

3.Linux对电源管理的支持内核模块针对APM和ACPI两种不同的标准，Linux内核提供了两个不同的模块来实现电源管理功能，这就是apm和acpi。

需要注意，apm和acpi是互相冲突的两个模块，用户在同一时间内只能加载其中之一，如果当他们在加载的时候发现二者之一已经加载，就会自动退出。

102电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering1 引言嵌入式系统对功耗很敏感，特别是移动设备，并且随着嵌入式系统的不断强大，计算性能的提高，低功耗已经成为嵌入式的重要标准之一。

嵌入式系统与PC 一样拥有BIOS 系统等对电源管理所需的必要的硬件支持，与此同时，嵌入式硬件还有很大的灵活性，因此需要一个简单有效的电源管理方案。

目前嵌入式Linux 系统广泛的采用了一种名为高级电源管理(Advanced Power Management, APM)技术，高级电源管理(APM)技术基本已经满足大多数的应用场景。

而随着技术的不断进步，用户需求的不断增加，动态电源管理DPM(Dynamic Power Management)技术提供了一种更为有效的电源管理机制，可以更为行之有效降低嵌入式系统的电源功耗。

2 嵌入式Linux系统高级电源管理技术嵌入式Linux 系统中的所有设备都有一套规范的操作方式，嵌入式电源控制系统中往往包含很多设备，见硬件结构图1。

结构图包括CPU, 实时时钟，DRAM ，Flash, LCD, UART, audio codec 等模块。

其中哪怕有一个设备没有按照规范设置电源管理的操作，都有可能导致整个系统的电源管理机制失效，通常最终的结果是导致系统的崩溃。

在系统可维持正常所期望工作状态的情况下，尽可能降低功耗。

Linux 电源管理涉及到系统待机，频率电压变换，系统空闲处理，运行时期电源管理等多个方面。

因此电源管理机制中主要采用降低系统运行时钟及电压、减少CPU 不必要的工作、休眠三种措施来降低功耗。

嵌入式系统主要有两种工作状态：（1）正常工作状态；（2）系统休眠态。

电源管理的主要任务是保证系统正常完成任务情况下控制系统在正常工作状态和系统休眠状态之间来回切换以降低系统功耗。

linux电源管理流程
Linux操作系统的电源管理流程涉及到多个方面，包括硬件层
面和软件层面。

在硬件层面，电源管理涉及到处理器、内存、磁盘
和其他设备的功耗管理。

在软件层面，Linux提供了多种工具和机
制来管理系统的电源消耗，以及控制系统的休眠和唤醒状态。

首先，让我们从硬件层面来看。

处理器的电源管理是非常重要的，Linux内核提供了各种功耗管理策略，比如通过调整处理器频
率和电压来降低功耗。

另外，Linux还支持多核处理器的功耗管理，可以根据系统负载动态地调整处理器的工作状态，以降低功耗。

此外，Linux内核还支持ACPI（高级配置与电源接口）规范，这使得
操作系统能够与BIOS和硬件之间进行更加智能的交互，以实现更加
有效的电源管理。

在软件层面，Linux提供了多种工具和机制来管理系统的电源
消耗。

例如，Linux系统中有许多电源管理工具，比如`pm-utils`
和`TLP`，它们可以帮助用户配置系统的电源管理策略，以降低系统
的功耗。

另外，Linux还支持ACPI事件，这使得系统可以在特定条
件下自动进入休眠状态，以节省能源。

此外，Linux还支持
Suspend-to-RAM和Suspend-to-Disk等休眠模式，这些模式可以帮
助用户在不需要使用计算机时将系统置于低功耗状态。

总的来说，Linux操作系统的电源管理流程涉及到硬件层面和软件层面的多个方面，包括处理器功耗管理、ACPI规范的支持、电源管理工具和休眠模式等。

通过这些机制和工具，Linux系统可以实现更加有效的电源管理，以降低系统的功耗并延长设备的电池续航时间。

电源管理技术在嵌入式系统中的应用随着现代科技的不断发展，各种嵌入式设备已经深入到各个领域，如智能家居、物联网、医疗等等。

这些设备都需要一个稳定的电源来运行。

在嵌入式设备的设计和开发中，电源管理技术成为一个不可忽视的关键因素。

电源管理技术是指通过电源管理电路来确保整个系统的稳定运行，同时最大限度的提高电池使用时间。

在嵌入式系统中，电源管理技术的应用十分广泛。

因为嵌入式系统在运行时大多数是执行周期性任务，这个过程中需要不断的调整电源的供应电压和电流。

如果不能保证电源管理技术的高效运行，系统将会面临频繁死机、运行缓慢、功耗过高、电池寿命缩短等问题。

嵌入式电源管理技术主要涉及以下几个方面:1. 节省功耗在嵌入式系统中，电源的功耗是一个非常重要的因素，因为系统的运行时间直接受制于电池的寿命和容量。

因此，适当使用电源管理技术可以显著的减少系统的功耗。

其中一种有效的方法是采用智能睡眠模式或低功耗模式。

当系统进入到空闲状态时，在保证关键数据不遗失的情况下关闭不必要的电路部分，以达到节能的目的。

这种技术不仅可以延长系统的运行时间还可以降低整个系统的成本。

2. 电源管理模块电源管理模块是机器中最重要的部件之一。

它负责控制电源的使用和供电运行，确保系统和电池的长期可靠性。

电源管理模块需要进行智能化管理，例如通过实时监测电池的电量，控制工作时间以延长电池的使用寿命。

这种技术可以保证系统的高可靠性和稳定运行，从而明显提高了嵌入式系统的整体性能。

3. 功率管理功率管理技术是一种有效控制功率消耗的方法，涉及到如何对各个电路进行优化以减少功耗。

例如在系统进入空闲状态后，自动关闭不必要的电路和降低设备其他功能的功率，也可以采用动态电压调制技术零形核微处理器系统可以更好的提高能效和临界操作速率。

4. 处理器能耗管理处理器是嵌入式系统中重要的组件之一。

为了更好地管理功率消耗，需要考虑如何减少处理器的功耗。

这可以通过选择能够有效节省能源的低功率处理器来实现。

Linux关于电源管理1、打开屏保：xset s on 关闭屏保：xset s offxset dpms 0 0 30 这样写就会在30s后关闭显⽰屏，进⼊省电模式。

另外可以： xset -dpms 关闭电源管理让显⽰器不关闭：xset s off -dpms桌⾯应⽤程序开机启动路径：/etc/xdg/autostart/*.desktop2、# cat /sys/power/statestandby disk1）. 睡眠 (sleep)睡眠可能有两种⽅式：mem和standby，这两种⽅式都是suspend to RAM，简称STR，只是standby耗电更多⼀些，返回到正常⼯作⽅式时间更短⼀些⽽已。

只需要# echo standby > /sys/power/state就可以了。

2）. 休眠 (hibernation)休眠也有两种⽅式：shutdown和platform。

shutdown是通常的⽅式，⽐较可靠⼀些。

如果你的系统上ACPI⽀持⾮常好，那就有机会⽀持platform⽅式。

激活的⽅式稍有不同：# echo platform > /sys/power/disk; echo disk > /sys/power/stateor# echo shutdown > /sys/power/disk; echo disk > /sys/power/state注意休眠有⼀个前提，就是在系统启动时需要指定resume设备，也就是休眠的镜像需要保存的分区。

⼀般都⽤swap分区来做。

3、linux_通过命令⾏设置系统S3（休眠到内存）和S4（挂起到硬盘）并在⼀段时间后⾃动唤醒rtcwake -m disk -s 140 //s4(挂起) 140秒后⾃动唤醒rtcwake -m mem -s 140 //s3(休眠) 140秒后⾃动唤醒。

L i n u x的电源管理架构L i n u x的源代码里，大部分都属于设备驱动程序的代码，因此，大多数电源管理（P M）的代码也是存在于驱动程序当中。

很多驱动程序可能只做了少量的工作，另外一些，例如使用电池供电的硬件平台（移动电话等）则会在电源管理上做了大量的工作。

这份文档对驱动程序如何与系统的电源管理部分交互做了一个大概的描述，尤其是关联到驱动程序核心中的模型和接口的共享，建议从事驱动程序相关领域的人通过本文档可以了解相关的背景知识。

设备电源管理的两种模型===================================驱动程序可以使用其中一种模型来使设备进入低功耗状态：1.系统睡眠模型：驱动程序作为一部分，跟随系统级别的低功耗状态，就像”s u s p e n d”（也叫做”s u s p e n d-t o-R A M”），或者对于有硬盘的系统，可以进入”h i b e r n a t i o n”（也叫做”s u s p e n d-t o-d i s k”）。

这种情况下，驱动程序，总线，设备类驱动一起，通过各种特定于设备的s u s p e n d和r e s u me 方法，清晰地关闭硬件设备和各个软件子系统，然后在数据不被丢失的情况下重新激活硬件设备。

有些驱动程序可以管理硬件的唤醒事件，这些事件可以让系统离开低功耗状态。

这一特性可以通过相应的/s y s/d e v i c e s/…/p o w e r/w a k e u p文件来开启和关闭（对于E t h e r n e t驱动程序，e t h t o o l通过i o c t l接口达到同样的目的）；使能该功能可能会导致额外的功耗， 但他让整个系统有更多的机会进入低功耗状态。

2.R u n t i me电源管理模型：这种模型允许设备在系统运行阶段进入低功耗状态，原则上，他可以独立于其他的电源管理活动。

不过，通常设备之间不能单独进行控制（例如，父设备不能 进入s u s p e n d，除非他的所有子设备已经进入s u s p e n d状态）。

Linux2.6内核中的最新电源管理技术综述前言本系列文章将结合近年来不断在各种硬件（包括CPU、芯片组、PCI Express 等各种最新总线标准以及外设）上新增的节能技术。

从Linux® 2.6内核及整个 software st ac k （包括 kernel、middleware 以及各种用户态 u ti lity）如何添加对这些创新的节能技术的支持这一角度，为读者介绍 Linux 操作系统近几年来在电源管理方面所取得的长足进步以及未来的发展方向。

作为本系列文章的开篇之作，首先要向大家介绍的是 cpufreq，它是Linux 2.6内核为了更好的支持近年来在各款主流CPU 处理器中出现的变频技术而新增的一个内核子系统。

Cpufreq 的由来随着 energy eff ic ient computing 和 pe rfor mance per watt 等概念的推广以及高级配置与电源接口AC PI（Ad vanced Configuration and Power Interface）标准的发展，目前市场上的主流 CPU 都提供了对变频（frequency scaling）技术的支持。

例如Intel®处理器所支持的Enhanced SpeedStep® 技术和AMD® 处理器所支持的 PowerNow！® 技术，另外像最新的PowerPC®、ARM®、SPARC® 和SuperH® 等处理器中也提供了类似的支持。

参考资料中列出了当前 Linux 2.6内核所支持的具备变频技术的处理器。

需要注意的是，这里要讨论的变频技术与大家以前所熟知的超频是两个不同的概念。

超频是指通过提高核心电压等手段让处理器工作在非标准频率下的行为，这往往会造成 CPU 使用寿命缩短以及系统稳定性下降等严重后果。

而变频技术是指CPU硬件本身支持在不同的频率下运行，系统在运行过程中可以根据随时可能发生变化的系统负载情况动态在这些不同的运行频率之间进行切换，从而达到对性能和功耗做到二者兼顾的目的。