對于便攜設備來說，電源管理更加的重要，因為電池電量有限，容易電量焦慮。除了省電管理外，還需要對電池進行監控管理和充放電管理，這樣保護好電池和系統，能用的更久。

1. Power supply框架都做些什么

這里我們以安卓為例：

APP 層：該部分屬于電量上報的最后的環節。其主要工作是：監聽系統廣播并對 UI 作出相應更新，包括電池電量百分比，充電狀態，低電提醒，led 指示燈，異常提醒等。

FrameWork 層：本層的 Battery 服務使用 Java 代碼寫成，運行在 FrameWork 中的SystemServer 進程。該系統服務的主要作用是：監聽電池信息變化消息，并將該消息以系統廣播的形式轉發至 Android 系統中各處。

Native 層：Healthd 守護進程屬于 Android Native 層的一個系統服務，負責接受 Kernel Driver 層上報的 uevent 事件，對電池信息和充電狀態實時監控。

Kernel 層：本層屬于電池的驅動部分，由 Charger-manager 驅動、充電 IC 驅動、Fuel 驅動構成，負責與硬件交互，注冊 Power supply 屬性，并生成 uevent 上報 Native 層。包含充電狀態管理、電量統計與更新。

關機充電
關機充電是單獨啟動的一個 linux 應用，通過系統調用直接讀取 sysfs 來獲取電池信息，init 進程會根據啟動模式來啟動 charge 服務，不會啟動 android 相關進程。

我們這里只關注kernel層：

power supply framework在kernel/drivers/power/下。內核抽象出來power supply子系統為驅動提供了統一的框架。功能包括：

1.抽象PSY設備的共性，向用戶空間提供統一的API

2.為底層PSY驅動的編寫，提供簡單、統一的方式。同事封裝并實現公共邏輯。

power supply class位于drivers/power/目錄中，主要由3部分組成（可參考下圖的軟件架構）：

1）power supply core，用于抽象核心數據結構、實現公共邏輯。位于drivers/power/power_supply_core.c中。

2）power supply sysfs，實現sysfs以及uevent功能。位于drivers/power/power_supply_sysfs.c中。

3）power supply leds，基于linux led class，提供PSY設備狀態指示的通用實現。位于drivers/power/power_suppply_leds.c中。

最后，驅動工程師可以基于power supply class，實現具體的PSY drivers，主要處理平臺相關、硬件相關的邏輯。這些drivers都位于drivers/power/目錄下。

2. 相關數據結構和接口

2.1 數據結構

struct power_supply：用于抽象PSY設備

/* include/linux/power_supply.h */
struct power_supply {
const struct power_supply_desc *desc;//PSY描述符

char **supplied_to;
size_t num_supplicants;

char **supplied_from;
size_t num_supplies;
struct device_node *of_node;

/* Driver private data */
void *drv_data;

/* private */
struct device dev;
struct work_struct changed_work;
struct delayed_work deferred_register_work;
spinlock_t changed_lock;
bool changed;
bool initialized;
bool removing;
atomic_t use_cnt;
#ifdef CONFIG_THERMAL
struct thermal_zone_device *tzd;
struct thermal_cooling_device *tcd;
#endif

#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS
struct led_trigger *charging_full_trig;
char *charging_full_trig_name;
struct led_trigger *charging_trig;
char *charging_trig_name;
struct led_trigger *full_trig;
char *full_trig_name;
struct led_trigger *online_trig;
char *online_trig_name;
struct led_trigger *charging_blink_full_solid_trig;
char *charging_blink_full_solid_trig_name;
#endif
};

struct power_supply_desc：該描述符定義了psy的屬性

/* Description of power supply */
struct power_supply_desc {
const char *name;//PSY name
enum power_supply_type type;//PSY類型
enum power_supply_usb_type *usb_types;//usb類型
size_t num_usb_types;//usb類型個數
enum power_supply_property *properties;//該PSY具有的屬性列表
size_t num_properties;//屬性的個數

/*
 * Functions for drivers implementing power supply class.
 * These shouldn't be called directly by other drivers for accessing
 * this power supply. Instead use power_supply_*() functions (for
 * example power_supply_get_property()).
 */
int (*get_property)(struct power_supply *psy,//用于獲取psy屬性的回調函數
    enum power_supply_property psp,
    union power_supply_propval *val);
int (*set_property)(struct power_supply *psy,//用于設置psy屬性的回調函數
    enum power_supply_property psp,
    const union power_supply_propval *val);
/*
 * property_is_writeable() will be called during registration
 * of power supply. If this happens during device probe then it must
 * not access internal data of device (because probe did not end).
 */
int (*property_is_writeable)(struct power_supply *psy,//返回指定的屬性值是否可寫（用于sysfs）
     enum power_supply_property psp);
void (*external_power_changed)(struct power_supply *psy);//當一個PSY設備存在并且屬性發生改變時，power supply core會調用該回調函數，通知PSY driver，以便讓它做出相應的處理
void (*set_charged)(struct power_supply *psy);

/*
 * Set if thermal zone should not be created for this power supply.
 * For example for virtual supplies forwarding calls to actual
 * sensors or other supplies.
 */
bool no_thermal;
/* For APM emulation, think legacy userspace. */
int use_for_apm;
};

power_supply_battery_info：管理靜態電池參數的推薦結構

2.2 接口

power_supply_core.c主要負責設備狀態變化邏輯，power_supply_sysfs.c主要負責文件節點相關邏輯。

power_supply_changed：在驅動中檢測到硬件狀態發生變化，會通過該函數調度起psy中的changed_work。該工作隊列負責發送notifier（內核內不同模塊之間）和通過uevent進行change上報。

void power_supply_changed(struct power_supply *psy)
{
unsigned long flags;

dev_dbg(&psy->dev, "%s
", __func__);

spin_lock_irqsave(&psy->changed_lock, flags);
psy->changed = true;
pm_stay_awake(&psy->dev);
spin_unlock_irqrestore(&psy->changed_lock, flags);
schedule_work(&psy->changed_work);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(power_supply_changed);

power_supply_register：通過調用__power_supply_register負責注冊一個psy設備，一般在設備驅動的probe流程中調用

power_supply_get_by_name：通過名字獲取PSY指針

power_supply_put：釋放獲取到的PSY指針，與power_supply_get_by_name成對使用

3. 充電驅動

Charge Manger、Fuel Gauge、Charge IC，這三部分作為獨立的設備驅動均注冊到 Power-supply 中，每一個設備為單獨的 PSY。PSY 之間可以通過 power supply 屬性相互訪問。

fuel-gauge 跟 charge-ic是服務于 charge-manger，charge-manger 不需要了解硬件細節，僅通過獲取相應功能的 PSY 設備實例，通過這個 PSY 的屬性獲取相應信息。

3.1 Charger Manager

Charger Manager 是充電的控制策略層，主要負責：

修復并更新電量百分比。

充電流程管理(charging，notcharging，discharging，full 充電狀態轉換管理)。

安全管理(Ovp，Health，Charge Time out)。

溫控管理（Jeita 功能，thermal 限流）。

電池電量顯示策略（充放電曲線）。

電池容量管理（容量自學習功能）。

Charger Manager 以“battery”名字注冊至 Power Supply 架構，會讀寫 Fuel Gauge 和 Charger IC 的 Power supply 屬性。

charger-manager {
    compatible = "charger-manager";
    cm-name = "battery";
    cm-poll-mode = <2>; //”_cm_monitor”輪詢模式
    cm-poll-interval = <15000>;//”_cm_monitor”輪詢時間間隔
    cm-battery-stat = <2>;//電池在位檢測方法，電壓法

    cm-fullbatt-vchkdrop-ms = <30000>;//充滿電后，檢查復充條件的周期
    cm-fullbatt-vchkdrop-volt = <84000>;//滿電后復充電壓條件
    cm-fullbatt-voltage = <4350000>;//軟件滿電電壓判斷閾值，必須配置
    cm-fullbatt-current = <120000>;;//軟件滿電電流判斷閾值，必須配置
    cm-fullbatt-capacity = <100>;//電池滿電時百分比

    cm-num-chargers = <1>;//charger ic數量
    //cm-chargers = "sc2721_charger";
    cm-chargers = "fan54015_charger";//charger ic名字
    cm-fuel-gauge = "sc27xx-fgu";//fgu名字

    /* in deci centigrade */
    cm-battery-cold = <200>;
    cm-battery-cold-in-minus;
    cm-battery-hot = <800>;
    cm-battery-temp-diff = <100>;

    /* Allow charging for 6hr */
    cm-charging-max = <36000000>;
    /* recovery charging after stop charging 45min */
    cm-discharging-max = <2700000>;

    /* the interval to feed charger watchdog */
    cm-wdt-interval = <0>;

    /* drop voltage in microVolts to allow shutdown */
    cm-shutdown-voltage = <3470000>;//低電關機電壓

    /* when 99% of the time is exceeded, it will be forced to 100% */
    cm-tickle-time-out = <1500>;

    /* how much time to allow capacity change */
    cm-one-cap-time = <60>;//允許電量增加1%最快時間

    /* when the safe charging voltage is exceeded, stop charging */
    cm-charge-voltage-max = <6500000>;//充電器過壓保護電壓閾值
    /* drop voltage in microVolts to restart charging */
    cm-charge-voltage-drop = <700000>;//復充電壓條件
    //Jeita 溫控策略
    cm-jeita-temp-table = <1000 1030 700000 4200000>,   //不同溫度范圍內的充電電流和充電截止電壓
                    <1150 1180 2000000 4400000>,   //默認最大充電電流為2A
                    <1450 1420 2000000 4400000>,   //充電電壓為4.35V
                    <1600 1570 700000 4200000>;

    regulator@0 {
            cm-regulator-name = "vddgen0";
            cable@0 {
                    cm-cable-name = "USB";
                    extcon = <&extcon_gpio>;
            };
    };
};

充電溫控策略說明

bat: battery {
    compatible = "simple-battery";
    charge-full-design-microamp-hours = <3900000>;//電池容量uAh
    charge-term-current-microamp = <200000>;//截止充電電流
    constant_charge_voltage_max_microvolt = <4400000>;//截止充電電壓
    factory-internal-resistance-micro-ohms = <115000>;//電池內阻
    voltage-min-design-microvolt = <3561000>;//Vocv低報警電壓

    //電池容量 – 溫度補償表
    capacity-temp-table = <60 100>, <40 100>, <25 100>, <0 100>, <(-10) 80>;
    //電池內阻值 – 溫度補償表
    resistance-temp-table = <60 60>, <40 70>, <25 100>, <0 328>, <(-20) 887>;
};

3.2 Fuel Gauge

PMIC部分主要負責：

庫倫計電量積分

充電器類型獲取

電池在位檢測

開機電壓管理

內阻 – 溫度，容量 – 溫度等補償算法

sc27xx_fuel_gauge 以“sc27xx-fgu”名字注冊至 Power supply 架構，提供屬性給 Charger Manager 讀寫。

pmic_fgu: fgu@a00 {
    compatible = "sprd,sc27xx-fgu", "sprd,sc2731-fgu";
    reg = <0xa00>;
    bat-detect-gpio = <&pmic_eic 9 0>;
    nvmem-cell-names = "fgu_calib";
    nvmem-cells = <&fgu_calib>;
    io-channels = <&pmic_adc 0>, <&pmic_adc 14>, <&pmic_adc 16>;
    io-channel-names = "bat-temp", "charge-vol", "charger-cur";
    interrupt-parent = <&sc2721_pmic>;
    interrupts = <3 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    monitored-battery = <&bat>;
    sprd,calib-resistance-real = <20000>;//庫侖計芯片真實采樣電阻
    sprd,calib-resistance-spec = <20000>;//庫侖計芯片規格電阻
};

3.3 Charger IC

Charger IC 主要負責以下具體內容：

打開/關閉充電

設置充電電流

設置截止充電電壓點

打開/關閉 OTG

以 Fan54015 為例，將“fan54015_charger”名字注冊至 Power supply 架構。提供屬性給 Charger Manager讀寫。

&i2c3 {
   status = "okay";
   clock-frequency = <400000>;

   fan54015_chg: charger@6a {
           compatible = "fairchild,fan54015_chg";
           reg = <0x6a>;
           phys = <&hsphy>;
           monitored-battery = <&bat>;
           extcon = <&extcon_gpio>;
           vddvbus:otg-vbus {
                   regulator-name = "vddvbus";
           };
   };
};

4. 怎樣基于power supply class編寫PSY driver

最后從PSY driver的角度，說明一下怎么基于power supply class編寫驅動：

（1）根據硬件spec，確定PSY設備具備哪些特性，并把他們和enum power_supply_property對應。

（2）根據實際情況，實現這些properties的get/set接口。

（3）定義一個struct power_supply 變量，并初始化必要字段后，調用power_supply_register或者power_supply_register_no_ws，將其注冊到kernel中。

（4）根據實際情況，啟動設備屬性變化的監控邏輯，例如中斷，輪詢等，并在發生改變時，調用power_supply_changed，通知power suopply core。

power supply子系統的引入 以市面上一款常見的的平板方案來看一看，進入平板的sys/class/power_supply/目錄下

可以看到這里有三個****PSY設備，分別對應USB充電器DC充電器，和電池。

進入battery目錄下，發現下面有各種各樣的屬性，另外兩個atc260x-usb 、atc260x-wall目錄下分別也是這樣。

然后在內核中找到對應的代碼，進行學習，然后仿制一個出來就可以。以battery驅動為例來分析。

static int __init atc260x_gauge_init(void)

atc260x_gauge_probe(struct platform_device *pdev)

soc_post_process(struct atc260x_gauge_info *info)

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

power_supply_changed(struct power_supply *psy)

在相關的函數上打點斷點，然后就可以學習了。

后記：

Linux內核博大精深，里面的機制太多了，不調試或者工作涉及根本學不精。可以了解了解概念和數據結構。遇到了先調試，必須知道了再去查資料研究，學不完，根本學不完。。。