Android应用低功耗设计与英特尔图形性能分析器助力电源优化

### Android应用低功耗设计与英特尔图形性能分析器助力电源优化 #### 硬件发展与系统电源控制技术 随着制造工艺和制造精度的不断提高，芯片尺寸越来越小，物理功耗也越来越低。了解硬件电源控制后，我们可以进一步探讨系统电源控制技术，这些技术涵盖硬件层、操作系统层以及系统层，涉及软件和硬件多个方面。 #### 英特尔SpeedStep技术 英特尔SpeedStep技术旨在为英特尔CPU提供电源控制，如今通常指增强型英特尔SpeedStep技术（EIST）。它最初应用于英特尔奔腾M、奔腾4 6xx系列和奔腾D处理器，英特尔酷睿、英特尔凌动等处理器系列也采用了该技术。EIST主要利用动态电压和频率调节，基本原理是通过调整处理器电压和频率来降低功耗和热量，但随着电压和频率降低，处理速度也会下降。该技术经历了几代发展： 1. **第一代英特尔SpeedStep技术**：允许处理器在两种运行模式之间自由切换，即交流电源状态下的最高性能模式（最大性能模式）和电池供电状态下的电池优化模式。这两种模式会根据计算机的电源来源自动选择。使用该技术切换模式时，处理器功率可降低40%，同时仍保持80%的峰值性能。模式切换速度极快，仅需1/2000秒，用户几乎感觉不到变化，且不影响程序运行。用户还可在屏幕上选择模式，无需重启计算机。 2. **第二代英特尔SpeedStep技术（EIST）**：根据处理器实时负载，在两种性能模式之间动态切换电压和频率。电池供电时，处理器负载会自动切换到最大运行频率和电压；外接电源时，也能根据处理器负载自动切换到最低运行频率和电压，即运行频率和电压的变化不再由电源类型决定。 3. **第三代英特尔SpeedStep技术（改进型EIST）**：除了两种基本运行模式外，改进型EIST根据处理器当前负载强度，提供多种中间模式，并支持多种频率、速度和电压设置，由处理器电压调节机制控制，可自动切换运行模式。EIST包含多种软硬件技术以确保其平稳运行，包括系统BIOS、用户终端软件、ASIC控制和芯片组支持等，软件程序无需修改即可使用该技术，同时也需要操作系统配合完成处理器负载检测等工作。 #### APM和ACPI标准 为实现移动计算系统的低功耗，硬件和操作系统需协同工作，这就需要统一的接口规范。最早的规范是英特尔和微软发布的高级电源管理（APM），它是一组运行在IBM兼容PC操作系统和BIOS协同工作的API，用于管理功耗。当前的规范是高级配置和电源接口（ACPI），它由APM发展而来。 ACPI是开放的电源管理服务行业标准，兼容多种操作系统，最初目标是用于个人计算机。它具备电源管理工具和硬件抽象层，操作系统有自己的电源管理模型，通过ACPI向硬件发送需求控制信号，并观察硬件状态作为输入，以控制计算机和外设的电源。ACPI在整个计算机系统结构中的关系如下： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(Application):::process --> B(Hardware Platform):::process C(Device Driver):::process --> B D(CPU Core):::process --> B E(ACPI Driver Program):::process --> B F(AML<br/>(Advanced Management Language)):::process --> E G(ACPI):::process --> E H(ACPI Table):::process - ```