一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統及方法，該系統包括：PC控制端，用于測算和顯示Android手機的實時整機功率；Android手機，用于安裝手機控制程序和待測；手機控制程序，用于記錄和控制Android手機的硬件工作狀態；功耗測試儀，用于實時監測Android手機的功耗。方法為：首先單獨測算CPU功耗與占用率的關系，通過反饋控制使CPU占用率穩定，從而令CPU功耗穩定可控，進而在測算出總功耗的情況下，能夠在特定測試場景中，算出單個主要硬件的功耗。本發明專利技術解決了手機硬件難以單獨測算實時功耗的問題，有效降低了CPU功耗變動對其他各硬件組件功耗測算的干擾。

System and method for measuring power consumption of Android mobile phone hardware component based on CPU control

The invention discloses a power measurement system of Android mobile phone hardware components and CPU control method based on the system, including PC control terminal, used to measure and display the power of Android mobile phone Android mobile phone, mobile phone; for the installation of control procedures and test; mobile phone control program for hardware state record and control the mobile phone Android; power tester, power consumption for real-time monitoring of Android mobile phone. Methods: firstly, separate calculation CPU power consumption and the occupancy rate, through the feedback control CPU occupancy rate is stable, so that the power consumption of the CPU is stable and controllable, and then calculate the total power consumption in the case, in particular to the test scene, calculate the power of individual major hardware. The invention solves the problem that the mobile phone hardware is difficult to calculate the real-time power consumption independently, and effectively reduces the interference of the CPU power change on the calculation of the power consumption of other hardware components.

【技術實現步驟摘要】
一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統及方法
本專利技術屬于手機硬件檢測
，具體涉及android智能手機硬件功耗監測，以及CPU占用率控制方法，具體通過控制無關硬件功耗不變來測算單個硬件的實時能耗。
技術介紹
根據《2015-2016年中國智能手機市場研究報告》，截至2016年第一季度，中國智能手機用戶規模已經達到6.24個億，2015年Android系統更是占據中國智能手機市場各系統銷量的82.2％。與智能手機的快速發展相對應的，智能手機的電池續航時間不足一直都是一個難以解決的問題，也越來越成為消費者對智能手機不滿的主要原因，使得智能手機的功耗問題成了制約其發展的一個重要原因。出現這樣的現象，主要是由于現代智能手機配置迅速提升，各硬件能耗大幅上升，應用也有了更豐富的功能，導致智能手機的耗電量的增長過快。因此，手機電池的續航能力顯得越來越重要。怎樣才能在現有電池電量的基礎上，盡可能延長手機的使用時間，就具有研究價值。CPU的功耗不穩定且難于分離，是對手機單獨某一硬件的功耗測量的阻礙，目前沒有一個通用的對單個硬件功率測算的簡便有效方法。為了讓手機生產商和應用開發者們更好更準確分析硬件組件的功耗，對單獨某一硬件的功耗測量非常必要。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統及方法，以解決手機硬件難以單獨測算實時功耗的問題，降低CPU功耗變動對其他各硬件組件功耗測算的干擾。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，包括：PC控制端，用于測算和顯示Android手機的實時整機功率；Android手機，用于安裝手機控制程序和待測；手機控制程序，用于記錄和控制Android手機的硬件工作狀態；功耗測試儀，用于實時監測Android手機的功耗。進一步的，所述PC控制端包括：功耗記錄單元，用于記錄功耗測試儀測得的Android手機的整機功耗；CPU數據記錄單元，用于記錄所述Android手機的CPU占用率序列；CPU功耗擬合單元，用于擬合出所述Android手機的功耗-CPU占用率關系函數；功耗計算單元，用于計算所述Android手機各個硬件組件功耗。進一步的，所述手機控制程序包括：CPU頻率鎖定模塊，用于保持所述Android手機CPU工作頻率穩定在特定值；CPU占用率反饋控制模塊，用于保持所述Android手機CPU占用率穩定在特定值；屏幕控制模塊，用于調節Android手機的屏幕亮度和顯示圖片；Wifi控制模塊，用于使用Wifi網絡上傳下載數據包；揚聲器控制模塊，用于改變Android手機的音量大小和音頻；2/3/4G控制模塊，用于使用2/3/4G網絡上傳下載數據包。進一步的，所述功耗測試儀包括：手機供電模塊，用于代替電池，為所述Android手機供電；電腦連接模塊，用于將Android手機的功耗數據傳輸給所述PC控制端。進一步的，所述CPU占用率反饋控制模塊包括：CPU狀態讀取單元，用于讀取所述Android手機下’/proc/stat’文件的信息；占用率計算單元，用于計算CPU占用率；任務發生單元，用于為CPU分配多線程空循環任務；反饋控制單元，用于根據CPU占用率來調整任務發生單元分配的任務量，讓CPU占用率保持基本穩定。一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算方法，包括以下步驟：步驟1：打開Android手機，清空后臺所有程序，打開手機控制程序，根據需要選定CPU工作頻率F，設置CPU工作頻率F恒定在fset；步驟2：讓N核CPU的手機創建N個線程，分別同時循環執行2ms左右空循環任務，然后sleep2毫秒；步驟3：通過手機控制程序查看和處理’/proc/stat’文件的信息，每隔間隔Tread,獲取并記錄實時CPU占用率,并通過調節步驟2中設置的空循環任務的次數，改變運行循環任務的時長，將CPU占用率C一直維持在一常數cset附近；步驟4：關閉揚聲器、屏幕、Wifi模塊、2/3/4G模塊，待功耗穩定后，用功耗測試儀，以周期T＝Tmeasure對整機功耗進行測量，測得在頻率F＝fset、占用率C＝cset時,CPU功耗的時間序列注意到近似為一常數和周期沖激函數之和，故寫成：其中K是常數，是由CPU對占用率文件讀取和記錄帶來的周期性能耗，近似為周期為Tread/Tmeasure的周期沖激序列,其中是CPU在頻率F＝fset、占用率C＝cset運行時單位時間內的功耗；步驟5：多次重新選取CPU占用率cset，得到多個與之對應的通過線性擬合的方法，得到CPU占用率-單位功耗函數步驟6：核對Andorid手機時間和電腦時間，根據需要，設置CPU工作頻率F恒定在fset，關閉CPU占用率反饋控制，持續以周期Tread讀取并記錄CPU功耗及對應時間，記為Cread(m)；手動打開屏幕，關閉2/3/4G模塊、WIFI模塊，將音量調至0％，進入屏幕測試場景；步驟7：保持功耗測算系統始終運行而不改變測試場景要求，通過該系統或運行其他程序，改變屏幕顯示，用功耗測試儀得到耗能序列g(n)；步驟8：實時的CPU占用率序列表示為：步驟9：屏幕的實時功率表示為：步驟10：分別進入揚聲器測試、Wifi模塊測試、2/3/4G模塊測試場景，與步驟7、8、9同理，再次進行操作，獲得各個硬件的功耗。進一步的，所述步驟7中，把g(n)穩定部分的周期沖激序列分量上升沿對齊c(m)，能夠輔助同步。進一步的，所述步驟8中，得到的C(n)通過滑動平均濾波器或低通濾波器進行平滑處理。進一步的，所述步驟8中，濾除CPU進行周期性讀寫操作帶來的周期性能耗沖激分進一步的，所述步驟10包括：揚聲器測試：通過程序預設揚聲器發出的聲音響度和頻率，關閉屏幕、wifi模塊、2/3/4G模塊，只有CPU和屏幕保持工作，待功耗穩定后，此時揚聲器功耗以此進一步研究揚聲器發出聲音響度和頻率與功耗的關系；Wifi模塊測試：通過程序預設延時下載/上傳任務，關閉揚聲器、屏幕、2/3/4G模塊，Wifi模塊功耗為:2/3/4G模塊測試：通過程序預設延時下載/上傳任務，關閉揚聲器、屏幕、wifi模塊，則2/3/4G模塊功耗如下表示為:有益效果：本專利技術提供的基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統及方法，通過反饋控制法測算得到CPU的占用率-單位功耗函數，能夠控制硬件工作模式，測算得每個硬件組件的能耗；通過提升CPU占用率記錄頻率，來提高測算的CPU功耗的準確性和實時性。本專利技術解決了手機硬件難以單獨測算實時功耗的問題，有效降低了CPU功耗變動對其他各硬件組件功耗測算的干擾。附圖說明圖1為基于CPU控制的Android手機硬件組件功耗測算方法流程圖；圖2為NOKIAN95屏幕測試場景下實測的穩定整機功耗序列，圖中的沖激是CPU進行讀寫操作帶來的。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本專利技術作更進一步的說明。一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，包括PC控制端、Android手機、手機控制程序和功耗測試儀；其中：PC控制端，用于測算和顯示Android手機的實時整機功率；包括：功耗記錄單元，用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，其特征在于：包括：PC控制端，用于測算和顯示Android手機的實時整機功率；Android手機，用于安裝手機控制程序和待測；手機控制程序，用于記錄和控制Android手機的硬件工作狀態；功耗測試儀，用于實時監測Android手機的功耗。

【技術特征摘要】
1.一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，其特征在于：包括：PC控制端，用于測算和顯示Android手機的實時整機功率；Android手機，用于安裝手機控制程序和待測；手機控制程序，用于記錄和控制Android手機的硬件工作狀態；功耗測試儀，用于實時監測Android手機的功耗。2.根據權利要求1所述的基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，其特征在于：所述PC控制端包括：功耗記錄單元，用于記錄功耗測試儀測得的Android手機的整機功耗；CPU數據記錄單元，用于記錄所述Android手機的CPU占用率序列；CPU功耗擬合單元，用于擬合出所述Android手機的功耗-CPU占用率關系函數；功耗計算單元，用于計算所述Android手機各個硬件組件功耗。3.根據權利要求1所述的基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，其特征在于：所述手機控制程序包括：CPU頻率鎖定模塊，用于保持所述Android手機CPU工作頻率穩定在特定值；CPU占用率反饋控制模塊，用于保持所述Android手機CPU占用率穩定在特定值；屏幕控制模塊，用于調節Android手機的屏幕亮度和顯示圖片；Wifi控制模塊，用于使用Wifi網絡上傳下載數據包；揚聲器控制模塊，用于改變Android手機的音量大小和音頻；2/3/4G控制模塊，用于使用2/3/4G網絡上傳下載數據包。4.根據權利要求1所述的基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，其特征在于：所述功耗測試儀包括：手機供電模塊，用于代替電池，為所述Android手機供電；電腦連接模塊，用于將Android手機的功耗數據傳輸給所述PC控制端。5.根據權利要求3所述的基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算系統，其特征在于：所述CPU占用率反饋控制模塊包括：CPU狀態讀取單元，用于讀取所述Android手機下’/proc/stat’文件的信息；占用率計算單元，用于計算CPU占用率；任務發生單元，用于為CPU分配多線程空循環任務；反饋控制單元，用于根據CPU占用率來調整任務發生單元分配的任務量，讓CPU占用率保持基本穩定。6.一種基于CPU控制的Android手機硬件組件的功耗測算方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：打開Android手機，清空后臺所有程序，打開手機控制程序，根據需要選定CPU工作頻率F，設置CPU工作頻率F恒定在fset；步驟2：讓N核CPU的手機創建N個線程，分別同時循環執行2ms左右空循環任務，然后sleep2毫秒；步驟3：通過手機控制程序查看和處理’/proc/stat’文件的信息，每隔間隔Tread,獲取并記錄實時CPU占用率,并通過調節步驟2中設置的空循環任務的次數，改變運行循環任務的時長，將CPU占用率C一直維持在一常數cset附近；步驟4：關閉揚聲器、屏幕、Wifi模塊、2/3/4G模塊，待功耗穩定后，用功耗測試儀，以周期T＝Tmeasure對整機功耗進行測量，測得在頻率F＝fset、占用率C＝cset時,CPU功耗的時間序列...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王橋，王宇然，唐家博，程茹潔，陸建，蔣厚明，胡牧，胡昊偉，
申請(專利權)人：東南大學，國家電網公司，南京南瑞集團公司，南京南瑞信息通信科技有限公司，國網四川省電力公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32