调试待机时的电源问题

1、请点击以下链接下载WinHEC的演讲材料Download WinHEC presentations here:/Events/WinHEC/2015调试待机时的电源问题Qi Zhang高级软件工程师简介和议程会议简介本次会议将深入介绍不同的设备类、如何对它们进行电源管理以及它们对“现代待机”系统的影响会议议程“现代待机”电源流系统集成Windows 设备电源管理通用组件电源管理分析电池消耗问题的过程诊断工具“现代待机”要点瞬间开启和关闭 某些平台在待机时仍处于连接状态在关闭时保持内容同步：天气、动态磁贴等实时传入连接：VoIP、推送电子邮件等系统保持活动状态但设备电源关闭软件挂起（Window

2、s 应用商店和 Win32）所有设备执行运行时空闲检测芯片处于 S0 低电量空闲状态，设备准备随时唤醒依赖于操作系统来管理所有设备的电源一些术语S 状态：系统睡眠状态定义活动系统级别的逻辑状态，如 ACPI 中所述。D 状态：设备电源状态 定义活动设备级别的逻辑状态。 语义取决于设备类和总线。S0 低电量空闲状态“现代待机”平台级别设计要求（在 ACPI 5.0 中定义）。系统保持活动 ACPI S0 状态但进入尽可能最低的电量状态。 最深层运行时空闲平台状态 (DRIPS)当系统正在消耗最低电量时 SoC 的状态（处于 S0 低电量空闲状态） 。激活器允许处于“现代待机”中时在后台执行工作的

3、软件组件。应用处理器图形处理器音频I2CSDIOUSB显示传感器集线器USB 集线器氛围光传感器陀螺仪Wi-FiGPS键盘触摸板MBBWindows Store应用 1Windows Store应用 2操作系统服务应用处理器第三方服务桌面应用 1桌面应用 2硬件软件应用程序活动驱动器设备空闲检测当所有终结点设备都空闲时，SoC 主控制器电源关闭当所有 SoC 功能块都空闲时，SoC 进入深度空闲状态 在此过程中，任何组件中的问题都可阻止访问硬件层3,100mW900mW50mW650mWDRAM“现代待机”电源流转换到低电量系统从较高电量降低到较低电量首先通过软件，然后通过硬件，实现一定程度的

4、并行使 CPU 处于空闲状态，并将处于低电量状态的硬件作为同步点如果满足所有约束条件，则系统可以进入 S0 低电量空闲状态只要在不使用的情况下，即使系统处于活动状态，硬件外设也处于关闭状态 软件 硬件 S0 低电量空闲状态/DRIPS减少活动屏幕 开 - 关连接阶段PLM 阶段维护DAM 阶段Resiliency软件挂起流程关闭屏幕电源检查远程桌面连接挂起 Windows 应用商店应用运行维护任务挂起所有 Win32 应用通知网络进入低电量强制计时器过期一直等到所有 RD 会话断开连接如果非卸载音频播放正在进行则阻止阻止在使用交流电时运行任务如果应用持有电源请求则阻止最多 5 分钟的直流电。交

5、流电为无限时间。使用 Powercfg/请求进行检查硬件挂起流程关闭外围设备电源 关闭 SoC 内主控制器电源关闭 CPU 电源关闭 SoC 电源USB、PCI、SDIO、GPIO 和 I2C 在没有软件活动目标时发生进入 DRIPS主控制器仅在与其连接的所有设备都进入低电量状态时才可以关闭电源。要求 SoC 电源关闭设备（SoC 内部和外部）进入相应的低电量 D 状态降低设备功耗。允许设备所连接的 SoC 内主控制器电源关闭，这将允许 SoC 自身电源关闭。在此阶段开始时，某些设备可能已处于低电量状态，因为它们未经使用从待机唤醒按需中断（通过设备、平台或用户输入）可以将设备从 DRIPS 中

6、唤醒并执行代码。激活器可以完成必要的工作，然后系统返回到 DRIPS。事件机制开启显示器？场景电源按钮GPIO是用户输入WiFi 通知GPIO否更新应用程序、接收电子邮件等USB 设备插入/移除带内 USB 恢复否连接/删除外设蓝牙键盘蓝牙无线收发器 - GPIO是点击键盘打开设备USB 鼠标带内 USB 恢复是点击/移动鼠标打开设备这不是完整的列表，请参阅 MSDN 上的详细文档/zh-cn/library/windows/hardware/dn495447(v=vs.85).aspx 系统集成系统设计对于电源至关重要！实现低功耗要求所有硬件组件一起正常工作硬件固件（ACPI 和 UEFI）

7、 设备驱动程序操作系统软件任何一个组件中的错误都可以缩短电池使用时间并破坏设备电源管理功率预算进行用于描述预期待机行为的功率预算 相对组件贡献可能在屏幕关闭时与屏幕打开时有显著区别。硬件组件功率 (mW)核心芯片集/SoC13.92显示器（假设关闭）0.00内存 (DRAM)5.79主要存储 0.40WiFi 联网6.00移动宽带通信0.00传感器和融合控制器0.75PMIC、电池控制器、其他微控制器、转换损失11.54其他平台组件2.10总计：(mW) + 10% 安全性44.56平台运行时目标（天数）33.56 天电池容量 (Whr)37WhrWindows 设备电源管理活动空闲待机设备电

8、源管理电源策略所有者将设备转换到相应的 D 状态这是在运行时根据利用率进行控制的决策特定于设备堆栈每个设备类的目标 D 状态都不同请查看 MSDN 上的文档对电源轨的控制通过固件 (ACPI) 完成D0D2D3F0F1Fx设备电源状态关系：最低功率设备活动级别电源策略所有者 (PPO)PPO 是每个设备堆栈中决定此设备何时需要更改电源状态的驱动程序每个设备类的 PPO 都不同。 它会监控活动，确定设备是否处于空闲状态以及是否负责启动电源转换。PPO 可以决定设备由于较高级别的软件活动而处于活动状态CPU 上的软件活动（例如激活器）可以导致对设备的 I/O 操作，迫使 PPO 将其保持在 D0

9、状态。请记住，如果设备处于活动状态，则它连接到的总线也将处于活动状态。使用 WDF 编写驱动程序确保了对 D 状态电源管理的内置支持SoCUSB 控制器USB 集线器外设 2外设 3外设 1设备与总线交互当所有子设备都不再处于工作状态时，总线控制器便处于空闲状态。 如果添加了新设备外设 3，并且无法对它进行电源管理，这会使控制器、集线器和 SoC 的电源恢复。通用组件电源管理概述本节提供通用组件电源管理示例谁是 PPO？什么是 D 状态？验证哪些内容来确保正确的功能？有关每个设备类，请参考具体文档用于控制的总线不同，每个设备的数据也不同每个设备都具有不同的固件和软件依赖关系SoC （图形、音频

10、、 总线等）Wi-Fi、BT、GPS （组合）胶合逻辑（PMIC、电池子系统等）显示USB音频存储联网 (Wi-Fi)PPO 是 NDIS（内置驱动程序）NIC 的相应目标 D 状态是总线依赖关系（SDIO、PCIe）NDIS 从 ACPI 查询信息微型端口驱动程序是执行电源转换逻辑的驱动程序对电源影响巨大验证 Wi-Fi 设备处于无线收发器关闭、空闲状态等的平均功耗，满足功率预算期望验证 Wi-Fi 设备不会对 SoC 生成虚假唤醒中断NDISACPI 驱动程序总线驱动程序内核模式网络服务/API用户模式应用WiFi 微型端口驱动程序D 状态 控制/zh-cn/library/windows

11、/hardware/dn757332(v=vs.85).aspx 音频子系统PPO 是 PortCl（内置驱动程序）启动和停止流时启动电源状态转换音频设备在活动时处于 D0 状态，否则处于 D3 状态D0（活动、流）预期功耗为 = 100mWD3（睡眠）功耗 = 1mW请注意在消耗非常小的功率（平均小于 1mW）的同时必须能够检测插座插入和移除。测量音频处理单元、外部编解码器以及任何其他模拟放大电路消耗的功率。/zh-cn/library/Windows/Hardware/dn621143(v=vs.85).aspx PortCl音频驱动程序ACPI 驱动程序内核模式音频服务/API用户模式应

12、用D 状态 控制低功率音频 (LPA)硬件卸载音频处理 (HAP)混合和处理可在硬件（而不是软件音频引擎）中实现设备使用 1 秒的缓冲而不是 10 毫秒（大 100 倍的缓冲），从而较少地唤醒 CPU需要能够卸载的硬件（DSP 或编解码器）提高 5-10% 的电池使用时间，具体取决于设备OEM/IHV 还可以选择在软件中执行某些（或全部）处理低功率音频允许用户在屏幕关闭且设备处于低电量状态时保持收听音频通过特定硬件，音频播放可以持续长达 100 小时（仅使用电池）提高 2-4 倍的电池使用时间，具体取决于设备USB 电源管理USB 总线 PPO 是 xHCI/eHCIUSB 设备 PPO 是其

13、功能驱动程序 (FDO) 每个设备类都将具有不同的 PPOUSB 设备必须支持选择性挂起可以实现为 D2 或 D3。如果场景需要远程唤醒，则必须使用 D2。功率应在几毫瓦 (mW) 的范围内。与 IHV 一起合作，在设备中编码选择性挂起描述符活动设备防止控制器进入 D3 如果不是一直使用，功能驱动程序应挂起它们的设备USB3.0 驱动程序堆栈内核模式WinUSB用户模式应用设备 D 状态 控制xHCIUSB 客户端驱动程序层设备驱动程序堆栈设备驱动程序堆栈FDOFDO总线D 状态 控制存储 (SATA)PPO 是 StorPort（内置）接受来自多个 ClassPnP/MiniPort（微型端

14、口）驱动程序的输入适当的 D 状态：SATA：D3（如果支持 DevSlp 则为 F1）NVMe：D3（除非不可操作的低电量状态可用）若要实现最优节能：SATA SSD 应支持 DevSlpSATA HDD/SSHD 将从平台获得 D3cold 支持NVMe SSD 应使不可操作的电源状态达到 = 5mW不要在 SATA 上启用设备启动电源管理 (DIPM) 或启用自治电源状态转换 (NVMe)ClassPnP/磁盘驱动器StorPort微型端口 (StorAHCI)D 状态 控制SoCSoC 电源状态是所有设备状态的总和在 CPU 空闲时确定 SOC 电源状态操作系统保留设备及其状态的列表（

15、约束），这对于进入低电量状态至关重要操作系统将等待所有约束满足状态，然后进入Resiliency 所有电源管理操作都由操作系统借助 SoC 特定驱动程序和固件的协作进行控制。SoC图形音频I2C/UARTSD/SDIOUSBCPUS最低功率分析电池消耗问题的过程测试先决条件硬件电池电量准确报告电荷SoC 和 PMIC 可表示电源所有 SoC 外设备组件都支持低电量操作并连接到可切换电源层内核物理端口和硬件调试连接可用固件固件配置正确未连接外部设备，除非与设备捆绑在一起软件所有设备驱动程序都已安装并且是最新的设备管理器中未缺少设备驱动程序屏幕开启时有可靠的 Wi-Fi 连接屏幕开启时有可靠的 M

16、BB 连接（如果适用）待机优化过程测量某个应用场景所消耗的功率对比预期功率与实际功率如果发现不一致，请采取行动功率预算测试平台SleepStudy 是建议的第一级诊断工具。从简单到更为复杂的循环往复从简单的应用场景（例如飞行模式）开始，然后提升到处理更复杂的应用场景（例如 MBB 打开）应用场景测量电源消耗使用睡眠分析Powercfg/Sleepstudy 使用电池报告的数据提供整体设备功率消耗的高级指导此数据可以与有关哪些组件保持活动的数据相关联，以便提供有关设备中的哪些地方可能有问题的第一级指导使用检测系统常用推荐：检测为能够测量若干电源轨的设备组合还需确保具有可用的电源指示器和软件来跟踪

17、一段时间内来自设备的数据对比实际值与预期值（示例）硬件组件预期功率 (mW)实际功率 (mW)核心芯片集/SoC13.9213.95显示器（假设关闭）0.000.00内存 (DRAM)5.795.90主要存储 0.400.40WiFi 联网6.0020.00移动宽带通信0.000.00传感器和融合控制器0.751.00PMIC、电池控制器、其他微控制器、转换损失11.5412.00其他平台组件2.102.74总计：(mW)44.56 （含 10% 安全性）55.99平台运行时目标（小时）33.56 天27.53 天电池容量 (Whr)37Whr37Whr请注意，实际功率看起来很高。从此处开始调

18、查。检查：可能保持此组件运行的软件。设备是否将转换为预期状态的原因。所消耗功率是否为指定值。对问题采取行动活动软件咨询软件组件所有者活动硬件咨询设备驱动程序供应商或 Microsoft 来确定问题无活动软件或硬件查看每个电源轨，确定功率消耗大于步骤 2 中预期功率的任何硬件组件咨询设备硬件供应商自托管/实际测试考虑使用自托管程序来发现 Bug 并改进质量在实际环境中使用系统自己使用系统！有些电源 Bug 只能通过自托管程序和实际用户测试来发现开/关可靠性和性能设备发热情况响应速度/性能连接性电池使用时间诊断工具睡眠分析只要计算机处于 S0 状态便一直在后台运行可以报告过去 3 天持续超过 10

19、 分钟的待机会话 PowerCfg.exe/sleepstudy 生成报告生成 HTML 报告，其中包含有关系统的电源和 DRIPS 驻留信息必须从提升的命令提示符运行此命令提供待机性能的高级别概述报告信息根据向操作系统报告的电池信息进行计算，包括：电源跳变点通知设计容量完全充电容量各操作系统组件记录的 ETW 事件睡眠分析报告设备和报告概述设备活动历史记录所有报告均包括图表图例睡眠分析报告在工作目录中创建，名称为“sleepstudy-report.html”，可以通过任何浏览器查看会话总结绿色橙色红色电池消耗率 1%DRIPS 百分比 95%80 - 95% 80% 错误活动10%颜色编码

20、方案（对于会话，用颜色标识“最差”）：睡眠分析报告：会话的最常见错误此示例显示了两种不同的内容USB xHCI 总线控制器通过未进入选择性挂起的设备（设备SB.PCI0.XHC）保持活动状态通过 Windows 通信应用的电子邮件级联效果保持代理基础结构 (BI) 的活动状态。BI 进而保持 Wi-Fi 活动以便设备通过电子邮件保持最新。MSDN：/zh-cn/library/windows/hardware/dn495349(v=vs.85).aspx Windows 性能分析器 (WPA)在评估和部署工具包中提供 有助于深入了解电源管理行为有助于解决软件问题由 Windows 生成的大量数据时间线视图处理器电源管理 - 空闲状态、内核休止、性能状态 设备电源管理 - 设备 D 状态、组件 F 状态现代待机 - 进入/退出、CS 阶段SoC 详细信息 - 轨电压、分量频率、平台空闲状态Intel Energy Profiler使用 Intel SoC Watch 收