Android PowerManager Wakelock pSensor

Android电源管理之通话中的pSensor工作原理分析

介绍通话过程中不同情景下的pSensor行为和原理

Posted by Cheson on February 23, 2017

适用平台

Android Version： 6.0
Platform： MTK6580/MTK6735/MTK6753

1. pSensor代码主要流程介绍

  在PowerManager中更新display状态时就会调用到DisplayPowerController的updatePowerState()方法，所以这个方法是电源模块中display更新的入口。本篇的分析就以此开始。

  1. 在DisplayPowerController中定义SensorManager和pSensor 
     mSensorManager = sensorManager;
 ......
 mProximitySensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
  2. 调用DisplayPowerController的updatePowerState()方法更新display状态，其中有段代码是专门处理pSensor状态的。 
     android.util.Log.v("chendongqi-power", "useProximitySensor =     "+mPowerRequest.useProximitySensor+
 ", state="+state+
 ", mScreenOffBecauseOfProximity="+mScreenOffBecauseOfProximity+
 ", mProximity="+mProximity+
 ", mWaitingForNegativeProximity="+mWaitingForNegativeProximity);
 // Apply the proximity sensor.
 if (mProximitySensor != null) {
     if (mPowerRequest.useProximitySensor && state != Display.STATE_OFF) {
         android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 001-mScreenOffBecauseOfProximity="+mScreenOffBecauseOfProximity);
         setProximitySensorEnabled(true);
         if (!mScreenOffBecauseOfProximity
                 && mProximity == PROXIMITY_POSITIVE) {
             android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 002");
             mScreenOffBecauseOfProximity = true;
             sendOnProximityPositiveWithWakelock();
         }
     } else if (mWaitingForNegativeProximity
             && mScreenOffBecauseOfProximity
             && mProximity == PROXIMITY_POSITIVE
             && state != Display.STATE_OFF) {
             android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 003");
         setProximitySensorEnabled(true);
     } else {
         if (mPowerRequest.useProximitySensor) {
             if (mScreenOffBecauseOfProximity) {
                 android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 004");
                 mProximity = PROXIMITY_UNKNOWN;
             }
             android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 005");
             setProximitySensorEnabled(true);
         } else {
             setProximitySensorEnabled(false);
         }
         mWaitingForNegativeProximity = false;
     }
     if (mScreenOffBecauseOfProximity
             && mProximity != PROXIMITY_POSITIVE) {
         android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 006");
         mScreenOffBecauseOfProximity = false;
         sendOnProximityNegativeWithWakelock();
     }
 } else {
     mWaitingForNegativeProximity = false;
 }
 if (mScreenOffBecauseOfProximity) {
     state = Display.STATE_OFF;
 }
  3. 这段代码很少，但是逻辑比较复杂，主要是在判断不同状态下pSensor应有的行为模式。以上代码在后文中还会详解，在流程上最重要的两个流程包括了处理pSensor靠近事件（以上代码中position 002位置），调用了sendOnProximityPositiveWithWakelock()来处理，这块详细处理在第四章中讲解；另外就是处理pSensor远离事件（以上代码position 006位置），通过调用sendOnProximityNegativeWithWakelock()来处理，同样在后续详解。

2. pSensor工作相关状态分析

  要清楚的把握不同状态下这段代码的流程，必须先了解判断语句中用到的几个变量，包括了以下几个变量：DisplayPowerRequest.useProximitySensor、state、mScreenOffBecauseOfProximity、mProximity、mWaitingForNegativeProximity、mProximitySensorEnabled。

2.1 DisplayPowerRequest.useProximitySensor

  在PMS中更新电源状态时方法updateDisplayPowerStateLocked中会赋值mDisplayPowerRequest.useProximitySensor = shouldUseProximitySensorLocked();而shouldUseProximitySensorLocked()的内容为 return (mWakeLockSummary & WAKE_LOCK_PROXIMITY_SCREEN_OFF) != 0;
  即如果pSensor没有获取电源锁则返回false，否则为true，也就是表明pSensor的可用状态。而pSensor电源锁的控制主要是由通话状态来控制的，在InCallUI模块中的ProximitySensor.java中会根据来电状态来更新pSensor的电源锁状态，而电源锁实际的操作则是在Telecom模块中的ProximitySensorManager.java中的turnOn和tureOff方法来实现。
  DisplayPowerRequest.useProximitySensor在不同状态时的值：
    来电/去电/通话-true
    空闲/挂断-false
    通话时-插入有线耳机/连接蓝牙耳机/开外放/开启拨号盘-false

2.2 state

  state是指display的状态，一共在Display.java中定义了五个状态:
    STATE_UNKNOWN = 0 //未知
    STATE_OFF = 1 //屏幕灭
    STATE_ON = 2 //屏幕亮
    STATE_DOZE = 3 //低电量时屏幕依旧亮着但是无用户交互时
    STATE_DOZE_SUSPEND = 4 //比STATE_DOZE更省电的模式，用来实现低电情况下保持屏幕常亮的功能
  从判断逻辑来看，state的值只有在OFF状态下pSensor会不工作，这里要注意的是由pSensor导致的灭屏，屏幕状态还是为ON，对后续理解逻辑流程很重要。

2.3 mScreenOffBecauseOfProximity

  这个状态表示是否因为pSensor导致灭屏，这个值只有在DisplayPowerController中有两处赋值的地方。

    if (!mScreenOffBecauseOfProximity
            && mProximity == PROXIMITY_POSITIVE) {
        android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 002");
        mScreenOffBecauseOfProximity = true;
        sendOnProximityPositiveWithWakelock();
    }

  亮屏情况下，当pSensor接近时，且mScreenOffBecauseOfProximity不为true，则将mScreenOffBecauseOfProximity置为true，并进行灭屏。

    if (mScreenOffBecauseOfProximity
            && mProximity != PROXIMITY_POSITIVE) {
        android.util.Log.v("chendongqi-power", "position 006");
        mScreenOffBecauseOfProximity = false;
        sendOnProximityNegativeWithWakelock();
    }

  灭屏情况下，当mScreenOffBecauseOfProximity为true时，且pSensor远离，则将mScreenOffBecauseOfProximity置为false，并亮屏。

2.4 mProximity

  这个变量标志pSensor的状态，一共有三个状态值：
    PROXIMITY_UNKNOWN = -1;
    PROXIMITY_NEGATIVE = 0;
    PROXIMITY_POSITIVE = 1;
  初始化时private int mProximity = PROXIMITY_UNKNOWN

2.5 mWaitingForNegativeProximity

  这个变量的含义：
    –True if the device should wait for negative proximity sensor before waking up the screen。While true, the screen remains off.
    –This is set to false as soon as a negative proximity sensor measurement is observed or when the device is forced to go to sleep by the user
  在打log观察中尝试了pSensor的靠近和远离，发现这个值只有在一种情况中出现过true（第三章情景10，持续到通话结束的情景）。

2.6 mProximitySensorEnabled

  这个变量标志了pSensor监听器的注册状态，true-已注册，false-未注册。

2.7 pSensor工作逻辑详解

psensor_work_flow

  1. 在DisplayPowerController的构造方法中初始化SensorManager和pSensor
  2. 调用updatePowerState方法更新电源状态
  3. 判断pSensor是否存在，yes的话走步骤4，否则结束
  4. Case1：判断pSensor是否在使用中且处于非灭屏状态，yes则执行步骤5，否则执行步骤8
  5. 注册pSensor状态监听器
  6. Case 2：pSensor为POSITIVE状态且当前没有因为pSensor而灭屏的状态，yes则执行步骤7
  7. 处理pSensor接近的事件，灭屏操作。
  8. Case 3：pSensor等待亮屏，且之前是由于pSensor而灭屏，且pSensor的状态为POSITIVE，且屏幕为非OFF。如果yes则执行步骤9，否则执行步骤10
  9. 注册pSensor状态监听器
  10. 判断pSensor是否正在使用，如果yes则执行步骤11，否则执行步骤14
  11. 判断是否有因为pSensor导致灭屏的状态，如果yes，结合case 1和步骤10可以得出走到步骤11时display的状态是OFF，而因为pSensor导致的灭屏display的状态还是保持ON的，所以此处出现了矛盾，说明pSensor的状态出现了异常，执行步骤12。否则执行步骤13
  12. 将pSensor的状态置为PROXIMITY_UNKNOWN
  13. 注册pSensor状态监听器
  14. 取消pSensor状态监听器
  15. Case 4：有因为pSensor而导致的灭屏状态，且pSensor的状态为非POSITIVE，如果yes则执行步骤16
  16. 处理pSensor远离事件

3. 常见情境下pSensor的代码走向

  第二章中分析解析了pSensor相关的各种状态，以及不同状态下pSensor代码的流程逻辑。本章中将讲解不同情境下pSensor的实际工作流程，以便于理解和印证上一章中的代码逻辑。结合第一章中代码截图添加的log来定位代码走向。
  情境一：idle状态时–亮屏情况下
  可以看到更新电源状态时输出的log
log_scene1
  解析：idle状态亮屏情况，pSensor不工作，屏幕状态为on，没有因为pSensor而导致的灭屏，pSensor状态PROXIMITY_UNKNOWN，代码走入了position 005，调用setProximitySensorEnabled(false)去取消pSensor的监听器。
  情境二：idle状态时–灭屏情况下
log_scene2
  解析：和亮屏状态流程一致，只是display的状态由on变成了off。
  情境三：通话状态亮屏时pSensor未靠近
log_scene3
  解析：pSensor可用，屏幕为on，没有因为pSensor而导致的灭屏，pSensor的状态为PROXIMITY_NEGATIVE，代码进入了position 001，注册pSensor监听器mProximitySensorListener。
  情境四：通话状态下亮屏时pSensor靠近
log_scene4
  解析：pSensor可用，屏幕为on，没有因为pSensor而导致的灭屏，pSensor的状态为PROXIMITY_POSITIVE，代码进入了position 001进行注册监听器。mProximitySensorEnabled=true所以不会再注册一次。然后代码走入position 002位置，调用sendOnProximityPositiveWithWakelock()方法，然后post一个runnable-mOnProximityPositiveRunnable这里通过接口调用了PMS的onProximityPositive方法来处理pSensor靠近的事件。
  情境五：通话状态时因为pSensor靠近而灭屏之后pSensor再远离
log_scene5
  解析：pSensor可用，屏幕为on，由于pSensor而导致了灭屏，pSensor状态为PROXIMITY_NEGATIVE，代码流程走入了position 001，注册pSensor监听器。然后走入position 006，调用sendOnProximityNegativeWithWakelock方法，post一个mOnProximityNegativeRunnable，通过接口调用到PMS的onProximityNegative来处理pSensor远离的事件。
  情境六：通话过程中手动灭屏后pSensor远离
log_scene6
  解析：pSensor可用，屏幕为off，没有因为pSensor导致的灭屏，pSensor状态为PROXIMITY_NEGATIVE，代码走入了position 007，只是注册监听器。
  情境七：通话过程中手动灭屏后pSensor靠近
log_scene7
  解析：和情境六的区别就在于pSensor的状态为POSITIVE。
  情境八：通话过程中手动灭屏后pSensor靠近，然后再手动按power键
log_scene8
  解析：和情景四相同。
  情境九：情景8的基础上pSenor再远离
log_scene9
  解析：和情景五相同。
  情境十：话过程中pSensor靠近导致灭屏，一直持续到通话自动结束
log_scene10
  解析：通话结束，pSensor失效，屏幕为on，目前是因为pSensor灭屏，pSensor状态为PROXIMITY_POSITIVE，等待屏幕点亮，代码走到position 003，注册监听器。

4. 周边相关代码解析

  上文中讲解了pSensor工作流程的主要代码逻辑，还有几个相关的方法在本章在解析，包括了setProximitySensorEnabled（设置pSensor状态监听器）、SensorEventListener（pSensor事件监听器）、handleProximitySensorEvent（处理pSensor事件）、debounceProximitySensor（校准pSensor）、PMS中对pSensor事件的处理、PMS->updateWakefulnessLocked（PMS唤醒系统）。

4.1 setProximitySensorEnabled(boolean enable)

  在pSensor处理流程中，只要状态mPowerRequest.useProximitySensor为true，表明正在使用pSensor，就会去注册pSensor状态监听器，此时就会调用setProximitySensorEnabled(true)（可以参照情境三），当pSensor不使用时就调用setProximitySensorEnabled(false)来取消监听器的注册（参照情境一）。

    private void setProximitySensorEnabled(boolean enable) {
        if (enable) {
            if (!mProximitySensorEnabled) {// 监听器未注册
                if (DEBUG) {
                    Slog.d(TAG, "setProximitySensorEnabled : True");
                }
                // Register the listener.
                // Proximity sensor state already cleared initially.
                mProximitySensorEnabled = true;// 设置标志位已注册
                mSensorManager.registerListener(mProximitySensorListener, mProximitySensor,
                        SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, mHandler);// 注册监听器
            }
        } else {
            if (mProximitySensorEnabled) {// pSensor监听器已注册
                if (DEBUG) {
                    Slog.d(TAG, "setProximitySensorEnabled : False");
                }
                // Unregister the listener.
                // Clear the proximity sensor state for next time.
                mProximitySensorEnabled = false;// 设置标志位为未注册
                mProximity = PROXIMITY_UNKNOWN;// 设置pSensor状态为PROXIMITY_UNKNOWN
                mPendingProximity = PROXIMITY_UNKNOWN;// 消抖的pSensor状态，mPendingProximity状态后续会讲到
                mHandler.removeMessages(MSG_PROXIMITY_SENSOR_DEBOUNCED);// 取消pSensor消抖的消息
                mSensorManager.unregisterListener(mProximitySensorListener);// unregister监听器
                clearPendingProximityDebounceTime(); // release wake lock (must be last)// 释放电源锁
            }
        }
    }

  解析：代码逻辑可以参考注释，这里有一个变量mPendingProximity在后续中会继续讲到。

4.2 SensorEventListene

  在4.1中注册监听器时用到了pSensor监听器的对象，所以在这里来看一下这个对象。

    private final SensorEventListener mProximitySensorListener = new SensorEventListener() {
        @Override
        public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
            if (mProximitySensorEnabled) {// pSensor监听器已注册
                final long time = SystemClock.uptimeMillis();
                final float distance = event.values[0];// 获取上报的距离
                // 检测距离，如果在0和阈值之间则为positive，阈值获取方法为
                // mProximityThreshold = Math.min(mProximitySensor.getMaximumRange(), TYPICAL_PROXIMITY_THRESHOLD);
                // TYPICAL_PROXIMITY_THRESHOLD=5.0f
                //最后计算得出mProximityThreshold=1.0f
                boolean positive = distance >= 0.0f && distance < mProximityThreshold;
                handleProximitySensorEvent(time, positive);
            }
        }

        @Override
        public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
            // Not used.
        }
    };

  解析：在监听器中检测底层上报上来的SensorEvent事件，从中读取到最关键的pSensor状态值存入distance中。从驱动那儿了解到底层上报的pSensor状态只有0和1。0表示near的状态，1表示far的状态。在这段代码里我们用这个distance值来计算出positive是否为true。当distance为0时则positive则为true，distance为1时则为false，然后将当前时间和positive值传给handleProximitySensorEvent来处理pSensor事件。这里为什么要传入事件，在后面介绍。

4.3 handleProximitySensorEvent(long time, boolean positive)

    private void handleProximitySensorEvent(long time, boolean positive) {
        if (mProximitySensorEnabled) {
            if (mPendingProximity == PROXIMITY_NEGATIVE && !positive) {
                return; // no change
            }
            if (mPendingProximity == PROXIMITY_POSITIVE && positive) {
                return; // no change
            }// 以上两个判断，状态未改变，则不做处理

            // Only accept a proximity sensor reading if it remains
            // stable for the entire debounce delay.  We hold a wake lock while
            // debouncing the sensor.
            // 传感器防抖动处理
            mHandler.removeMessages(MSG_PROXIMITY_SENSOR_DEBOUNCED);
            if (positive) {
                mPendingProximity = PROXIMITY_POSITIVE;
                // 设置校准的时间，也就是在这段时间内数值稳定则读取pSensor数据，
                // PROXIMITY_SENSOR_POSITIVE_DEBOUNCE_DELAY的值越小pSensor越灵敏
                setPendingProximityDebounceTime(// PROXIMITY_SENSOR_POSITIVE_DEBOUNCE_DELAY的值默认为0
                        time + PROXIMITY_SENSOR_POSITIVE_DEBOUNCE_DELAY); // acquire wake lock
            } else {
                mPendingProximity = PROXIMITY_NEGATIVE;
                setPendingProximityDebounceTime(// PROXIMITY_SENSOR_POSITIVE_DEBOUNCE_DELAY的值默认为250
                        time + PROXIMITY_SENSOR_NEGATIVE_DEBOUNCE_DELAY); // acquire wake lock
            }

            // Debounce the new sensor reading.
            debounceProximitySensor();// 校准pSensor
        }
    }

  解析：当传入的positive和当前状态一致时，return不做任何处理。然后是设置防抖动处理时间，这里就是传入当前时间的原因了。防抖动时间为当前时间加上一个预设的防抖动时间。这个时间越短则pSensor越灵敏，误触发的可能性也更大。对于POSITIVE和NEGATIVE的防抖动时间默认分别为0和250毫秒。
  然后调用debounceProximitySensor来计算出新的pSensor状态。

4.4 debounceProximitySensor()

    private void debounceProximitySensor() {
        if (mProximitySensorEnabled// pSensor监听器已注册
                && mPendingProximity != PROXIMITY_UNKNOWN// pSensor有状态，不是未知
                && mPendingProximityDebounceTime >= 0) {// 校准时间大于等于0
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();// 获取当前时间
            if (mPendingProximityDebounceTime <= now) {// 校准时间结束
                // Sensor reading accepted.  Apply the change then release the wake lock.
                mProximity = mPendingProximity;// 通过校准，获取pSensor状态，写入mProximity变量中
                updatePowerState();// 更新电源状态
                // 释放电源锁
                clearPendingProximityDebounceTime(); // release wake lock (must be last)
            } else {// 校准时间未结束，发送消息继续校准
                // Need to wait a little longer.
                // Debounce again later.  We continue holding a wake lock while waiting.
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_PROXIMITY_SENSOR_DEBOUNCED);
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtTime(msg, mPendingProximityDebounceTime);
            }
        }
    }

  解析：首先判断监听器需要注册，且pSensor状态不是未知的，并且防抖动时间需要大于等于0。在取得当前时间，mPendingProximityDebounceTime即为上一节中的当前时间加上默认防抖动时间的值。如果这个值小于等于现在的当前时间，则说明防抖动过程结束，pSensor状态有效，将mPendingProximity写入mProximity中作为真正的pSensor状态供后续的流程使用。如果时间未到，则继续发message进行状态获取。接受到MSG_PROXIMITY_SENSOR_DEBOUNCED消息后继续调用debounceProximitySensor()方法。

    case MSG_PROXIMITY_SENSOR_DEBOUNCED:
        debounceProximitySensor();
        break;

4.5 PMS中对pSensor事件的处理

  情境四和情境五分别描述了最典型的通话时pSensor靠近和原理的现象，其中屏幕的亮灭实际上是由PMS去控制的。这里来看一下具体代码实现。

    @Override
    public void onProximityPositive() {
        synchronized (mLock) {
            Slog.i(TAG, "onProximityPositive");
            mProximityPositive = true;
            mDirty |= DIRTY_PROXIMITY_POSITIVE;// 加入pSensor电源锁状态
            updatePowerStateLocked();// 更新电源状态，关键在其中的updateWakefulnessLocked方法
        }
    }

    @Override
    public void onProximityNegative() {
        synchronized (mLock) {
            Slog.i(TAG, "onProximityNegative");
            mProximityPositive = false;
            mDirty |= DIRTY_PROXIMITY_POSITIVE;
            userActivityNoUpdateLocked(SystemClock.uptimeMillis(),
                    PowerManager.USER_ACTIVITY_EVENT_OTHER, 0, Process.SYSTEM_UID);
            wakeUpNoUpdateLocked(SystemClock.uptimeMillis(),
                                 "android.server.power:POWER",
                                 Process.SYSTEM_UID,
                                 mContext.getOpPackageName(),
                                 Process.SYSTEM_UID);// 唤醒
            updatePowerStateLocked();
        }
    }

  解析：PMS中的onProximityPositive方法来实际处理pSensor靠近，此时会在mDirty变量中或一个DIRTY_PROXIMITY_POSITIVE状态来表明pSensor的状态。然后调用updatePowerStateLocked方法来更新系统电源状态（此方法为PMS中更新电源状态入口，最核心方法）。然后调用到updateWakefulnessLocked方法。

    private boolean updateWakefulnessLocked(int dirty) {
        boolean changed = false;
        if ((dirty & (DIRTY_WAKE_LOCKS | DIRTY_USER_ACTIVITY | DIRTY_BOOT_COMPLETED
                | DIRTY_WAKEFULNESS | DIRTY_STAY_ON | DIRTY_PROXIMITY_POSITIVE// 如果有pSensor的positive的状态
                | DIRTY_DOCK_STATE)) != 0) {
            if (mWakefulness == WAKEFULNESS_AWAKE && isItBedTimeYetLocked()) {
                if (DEBUG_SPEW) {
                    Slog.d(TAG, "updateWakefulnessLocked: Bed time...");
                }
                final long time = SystemClock.uptimeMillis();
                if (shouldNapAtBedTimeLocked()) {
                    changed = napNoUpdateLocked(time, Process.SYSTEM_UID);
                } else {
                    changed = goToSleepNoUpdateLocked(time,// 系统休眠掉
                            PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_TIMEOUT, 0, Process.SYSTEM_UID);
                }
            }
        }
        return changed;
    }

  这里响应的判断传入的dirty值中包含了DIRTY_PROXIMITY_POSITIVE，则最后会走到goToSleepNoUpdateLocked方法来进行系统休眠，休眠就讲到这里，后续还可以参照电源管理之系统休眠流程。
  onProximityNegative为PMS中处理pSensor远离的实际方法，这里比较简单，直接就能看到调用了wakeUpNoUpdateLocked方法来唤醒系统。

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