背景

為了完善產品的工具屬性，進行了Android統計電量相關特性的調研。

提出問題

• Android 對于每個進程電量是如何統計的
• 第三方app如何讀取系統的電量數據呢

解決問題

問題1 ： Android如何計算電量

主要分為軟件層與硬件層
先看軟件層的計算規則：
軟件層的電量是以Uid為單位統計的，分別計算每一個Uid的如下幾項(源代碼代碼位于com.android.settings.fuelgauge.BatteryStatsHelper 的processAppUsage 接口）

• process cpu time

SpeedStep 機制可以動態調整CPU頻率，當CPU使用率低下或接近零的時候動態降低CPU的倍率，令其工作頻率下降，從而降低電壓、功耗以及發熱；而一旦監測到CPU使用率很高的時候，立即恢復到原始的速率工作
--引自百度百科

//Returns the number of speeds that the CPU can be run at. 
final int speedSteps = mPowerProfile.getNumSpeedSteps();  
//存儲不同頻率下的平均電流值（mA）
 final double[] powerCpuNormal = new double[speedSteps]; 
final long[] cpuSpeedStepTimes = new long[speedSteps];
 for (int p = 0; p < speedSteps; p++)
 {
 powerCpuNormal[p] = mPowerProfile.getAveragePower(PowerProfile.POWER_CPU_ACTIVE, p); 
}  
//cpu 耗電 計算部分 
for (int step = 0; step < speedSteps; step++) 
{ 
double ratio = (double) cpuSpeedStepTimes[step] / totalTimeAtSpeeds; 
processPower += ratio * tmpCpuTime * powerCpuNormal[step]; 
} 

從而不難理解
計算公式： power = CPU每個頻率等級下工作的時間比例 / CPU工作總時間 * 應用運行總時間

• process wake lock usage

計算公式 ：power = wakelockTime *averagePower(POWER_CPU_AWAKE)

• Add cost of mobile traffic （*注：R:receive(接收) T: transmit (傳輸) 下同 *)

計算公式 ：
power=(mobileRx + mobileTx) * mobilePowerPerByte

• Add cost of wifi traffic

計算公式： power = (wifiRx + wifiTx) * wifiPowerPerByte;

• Add cost of keeping WIFI running.

計算公式: power = wifiRunningTimeMs * averagePower(POWER_WIFI_ON)

• Add cost of WIFI scans wifi

計算公式：power = wifiScanTimeMs * averagerPower(POWER_WIFI_SCAN)

• Process Sensor usage 計算uid的每個傳感器的耗電

計算公式 : power = averagePower(不同傳感器的耗電) * sensorTime

硬件層主要包括如下幾項：

• 通話時間

計算公式
power = phoneOnTimeMs * averagerPower(POWER_RADIO_ACTIVE)

• 待機耗電

計算公式 ：
power = idleTimeMs * averagePower(POWER_CPU_IDLE)

• wifi 開啟時的耗電量

計算公式：
power = runningTimeMs * averagePower(POWER_WIFI_ON) + wifi uid 耗電

• 藍牙耗電量

計算公式：power = btOnTimeMs * averagePower(POWER_BLUETOOTH_ON) + btPingCount * averagePower(POWER_BLUETOOTH_AT_CMD)+ bluetooth uid 耗電

• 手機基站信號耗電量

手機信號有五個信號強度，耗電量是每個信號強度的耗電量的累加。
計算公式：power = strengthTimeMs * averagePower(POWER_RADIO_ON) + scanningTimeMs * averagePower（POWER_RADIO_SCANNING）

• 屏幕耗電

計算公式 :
power = screenOnTimeMs * averagePower(POWER_SCREEN_ON) + brightnessTime（不同亮度的時間）* screenBinPower(不同亮度的電流強度)

問題2：如何訪問系統的電量的數據

通過閱讀Settings.apk的源代碼發現電量的接口主要依賴于以下幾個類 參考為Kitkat 版本源碼

• com.android.server.am.BatteryStatsService
• com.android.internal.os.BatteryStatsImpl
• com.android.internal.os.PowerProfile
• com.android.settings.fuelgauge.BatteryStatsHelper
  由此可知有關訪問電量數據的接口是internal 的，作為第三方無法正常的調用，因此想到反射。
  在BatteryStatsHelper類中可以看到 ,是通過如下代碼訪問電量信息的,
  byte[] data = mBatteryInfo.getStatistics();
  實際調用的是BatteryStatsService 類的getStatistics() 接口，接著看下這個接口的實現：

//這個接口需要系統權限，第三方app無法正常調用，為了測試把app放置在system/priv-app目錄下 
public byte[] getStatistics() { 
mContext.enforceCallingPermission( android.Manifest.permission.BATTERY_STATS, null); 
Parcel out = Parcel.obtain(); 
mStats.writeToParcel(out, 0); 
byte[] data = out.marshall(); 
out.recycle(); return data;
}

可以看出這個接口需要系統權限，即便在AndroidManifext.xml申請第三方app也是無法正常調用，為了測試方便把app放置在system/priv-app目錄下，繞過這層權限限制。

具體實現

主要邏輯集中在compat層，實現了對應原生系統每個類的反射邏輯以調用getStatistics 為例：

private byte[] getStatics() { 
try {
 Class<?> serviceManagerClass = Class.forName("android.os.ServiceManager"); 
Method getServiceMethod = serviceManagerClass.getMethod("getService", java.lang.String.class); 
Object batteryStatsService = getServiceMethod.invoke(null, "batterystats"); 
Class<?> batteryStatsStubClass = Class.forName("com.android.internal.app.IBatteryStats$Stub"); 
Object batteryStatsStubObject = batteryStatsStubClass.getMethod("asInterface", android.os.IBinder.class).invoke(null, batteryStatsService);
 return (byte[]) batteryStatsStubClass.getMethod("getStatistics").invoke(batteryStatsStubObject); 
} catch (NoSuchMethodException e) { e.printStackTrace(); 
} catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); 
} catch (InvocationTargetException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } throw new UnsupportedOperationException("getStatics unsupport operation"); 
}

運行結果

原生系統設置：

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由此可見，排序與系統的電量排名和電量占比基本保持一致

總結

本文主要記錄了筆者在調研Android 電量計算特性時的一些收獲，分享給大家，距離真實的產品化還有很多工作要做，這篇文章暫不一一贅述。