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2014年全球智能手机数量达到17.5亿部,智能手机已成为人们最为重要的消费类电子产品之一。智能手机数量急剧增加,性能也越来越强大,能够承载的功能也越来越丰富。但是随着智能手机性能快速提升,其功耗也不断增加,而电池技术发展缓慢,导致手机电能的供给能力增长缓慢,无法满足硬件电能消耗的需求,供需矛盾日益显著,从而导致手机续航能力变弱。为了不影响手机正常使用,用户不得不提高手机的充电频率,最终导致智能手机普遍每天充电一次甚至多次,严重影响用户使用体验。因而在电池技术无法取得实际突破的情况下,通过降低手机整体功耗来提高手机续航能力,就变得具有非常显著的实际意义。本文以Android操作系统为基础,分析其电源管理机制,并为采用Android系统的智能手机构建动态功耗模型以定量的评价手机的功耗情况,然后在功耗模型的基础上设计了内核函数级功耗测评平台。通过功耗模型和内核函数级功耗测评平台,可以提供实时、准确的功耗数据,为软件在系统级和函数级降低功耗提供有效的数据支撑。其意义在于提供了一种系统的软件功耗优化方法,为内核开发者和应用软件开发者分析程序功耗状态、快速定位功耗瓶颈、定量评价功耗优化结果,从而帮助开发者以最小的付出换来最大的功耗优化成果,最终提高设备的续航能力。因而该研究具有非常重要的实用价值。本文主要围绕以下三个方面展开研究工作:1.分析Android系统的电源管理机制,包括分析系统的电源管理架构、Wake Lock锁机制、Framework层的功耗评价方法、设备模块的电源管理方式,以及CPU的动态调频策略。2.在电源管理机制分析基础上,设计并构建动了态功耗模型,其用于估算Android系统的实时功耗,同时计算各个硬件模块功耗占整体功耗的权重。功耗模型能够为Android系统提供快速、准确、实时、无需外部硬件设备介入的功率测量手段。动态模型的输入为系统各个部分硬件的状态信息,经过模型的计算,输出为手机的当前功率。模型的构建过程是先推导模型的理论公式,然后通过软件采集硬件的状态信息,并同步通过专业电源实测手机的功率信息,最后通过统计分析得到模型的公式的最优化参数。3.在动态功耗模型的基础上,进一步构建内核函数级功耗测评平台。其用于帮助内核开发人员更细层次的优化系统功耗。其是结合Linux内核的ftrace跟踪工具产生的内核函数调用序列信息,以Android动态功耗模型为基础,构建Android内核函数级功耗测评平台,以在函数级的粒度评价内核代码的功耗。