一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统及方法，该系统包括：PC控制端，用于测算和显示Android手机的实时整机功率；Android手机，用于安装手机控制程序和待测；手机控制程序，用于记录和控制Android手机的硬件工作状态；功耗测试仪，用于实时监测Android手机的功耗。方法为：首先单独测算CPU功耗与占用率的关系，通过反馈控制使CPU占用率稳定，从而令CPU功耗稳定可控，进而在测算出总功耗的情况下，能够在特定测试场景中，算出单个主要硬件的功耗。本发明专利技术解决了手机硬件难以单独测算实时功耗的问题，有效降低了CPU功耗变动对其他各硬件组件功耗测算的干扰。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统及方法
本专利技术属于手机硬件检测
，具体涉及android智能手机硬件功耗监测，以及CPU占用率控制方法，具体通过控制无关硬件功耗不变来测算单个硬件的实时能耗。
技术介绍
根据《2015-2016年中国智能手机市场研究报告》，截至2016年第一季度，中国智能手机用户规模已经达到6.24个亿，2015年Android系统更是占据中国智能手机市场各系统销量的82.2％。与智能手机的快速发展相对应的，智能手机的电池续航时间不足一直都是一个难以解决的问题，也越来越成为消费者对智能手机不满的主要原因，使得智能手机的功耗问题成了制约其发展的一个重要原因。出现这样的现象，主要是由于现代智能手机配置迅速提升，各硬件能耗大幅上升，应用也有了更丰富的功能，导致智能手机的耗电量的增长过快。因此，手机电池的续航能力显得越来越重要。怎样才能在现有电池电量的基础上，尽可能延长手机的使用时间，就具有研究价值。CPU的功耗不稳定且难于分离，是对手机单独某一硬件的功耗测量的阻碍，目前没有一个通用的对单个硬件功率测算的简便有效方法。为了让手机生产商和应用开发者们更好更准确分析硬件组件的功耗，对单独某一硬件的功耗测量非常必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统及方法，以解决手机硬件难以单独测算实时功耗的问题，降低CPU功耗变动对其他各硬件组件功耗测算的干扰。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，包括：PC控制端，用于测算和显示Android手机的实时整机功率；Android手机，用于安装手机控制程序和待测；手机控制程序，用于记录和控制Android手机的硬件工作状态；功耗测试仪，用于实时监测Android手机的功耗。进一步的，所述PC控制端包括：功耗记录单元，用于记录功耗测试仪测得的Android手机的整机功耗；CPU数据记录单元，用于记录所述Android手机的CPU占用率序列；CPU功耗拟合单元，用于拟合出所述Android手机的功耗-CPU占用率关系函数；功耗计算单元，用于计算所述Android手机各个硬件组件功耗。进一步的，所述手机控制程序包括：CPU频率锁定模块，用于保持所述Android手机CPU工作频率稳定在特定值；CPU占用率反馈控制模块，用于保持所述Android手机CPU占用率稳定在特定值；屏幕控制模块，用于调节Android手机的屏幕亮度和显示图片；Wifi控制模块，用于使用Wifi网络上传下载数据包；扬声器控制模块，用于改变Android手机的音量大小和音频；2/3/4G控制模块，用于使用2/3/4G网络上传下载数据包。进一步的，所述功耗测试仪包括：手机供电模块，用于代替电池，为所述Android手机供电；电脑连接模块，用于将Android手机的功耗数据传输给所述PC控制端。进一步的，所述CPU占用率反馈控制模块包括：CPU状态读取单元，用于读取所述Android手机下’/proc/stat’文件的信息；占用率计算单元，用于计算CPU占用率；任务发生单元，用于为CPU分配多线程空循环任务；反馈控制单元，用于根据CPU占用率来调整任务发生单元分配的任务量，让CPU占用率保持基本稳定。一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算方法，包括以下步骤：步骤1：打开Android手机，清空后台所有程序，打开手机控制程序，根据需要选定CPU工作频率F，设置CPU工作频率F恒定在fset；步骤2：让N核CPU的手机创建N个线程，分别同时循环执行2ms左右空循环任务，然后sleep2毫秒；步骤3：通过手机控制程序查看和处理’/proc/stat’文件的信息，每隔间隔Tread,获取并记录实时CPU占用率,并通过调节步骤2中设置的空循环任务的次数，改变运行循环任务的时长，将CPU占用率C一直维持在一常数cset附近；步骤4：关闭扬声器、屏幕、Wifi模块、2/3/4G模块，待功耗稳定后，用功耗测试仪，以周期T＝Tmeasure对整机功耗进行测量，测得在频率F＝fset、占用率C＝cset时,CPU功耗的时间序列注意到近似为一常数和周期冲激函数之和，故写成：其中K是常数，是由CPU对占用率文件读取和记录带来的周期性能耗，近似为周期为Tread/Tmeasure的周期冲激序列,其中是CPU在频率F＝fset、占用率C＝cset运行时单位时间内的功耗；步骤5：多次重新选取CPU占用率cset，得到多个与之对应的通过线性拟合的方法，得到CPU占用率-单位功耗函数步骤6：核对Andorid手机时间和电脑时间，根据需要，设置CPU工作频率F恒定在fset，关闭CPU占用率反馈控制，持续以周期Tread读取并记录CPU功耗及对应时间，记为Cread(m)；手动打开屏幕，关闭2/3/4G模块、WIFI模块，将音量调至0％，进入屏幕测试场景；步骤7：保持功耗测算系统始终运行而不改变测试场景要求，通过该系统或运行其他程序，改变屏幕显示，用功耗测试仪得到耗能序列g(n)；步骤8：实时的CPU占用率序列表示为：步骤9：屏幕的实时功率表示为：步骤10：分别进入扬声器测试、Wifi模块测试、2/3/4G模块测试场景，与步骤7、8、9同理，再次进行操作，获得各个硬件的功耗。进一步的，所述步骤7中，把g(n)稳定部分的周期冲激序列分量上升沿对齐c(m)，能够辅助同步。进一步的，所述步骤8中，得到的C(n)通过滑动平均滤波器或低通滤波器进行平滑处理。进一步的，所述步骤8中，滤除CPU进行周期性读写操作带来的周期性能耗冲激分进一步的，所述步骤10包括：扬声器测试：通过程序预设扬声器发出的声音响度和频率，关闭屏幕、wifi模块、2/3/4G模块，只有CPU和屏幕保持工作，待功耗稳定后，此时扬声器功耗以此进一步研究扬声器发出声音响度和频率与功耗的关系；Wifi模块测试：通过程序预设延时下载/上传任务，关闭扬声器、屏幕、2/3/4G模块，Wifi模块功耗为:2/3/4G模块测试：通过程序预设延时下载/上传任务，关闭扬声器、屏幕、wifi模块，则2/3/4G模块功耗如下表示为:有益效果：本专利技术提供的基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统及方法，通过反馈控制法测算得到CPU的占用率-单位功耗函数，能够控制硬件工作模式，测算得每个硬件组件的能耗；通过提升CPU占用率记录频率，来提高测算的CPU功耗的准确性和实时性。本专利技术解决了手机硬件难以单独测算实时功耗的问题，有效降低了CPU功耗变动对其他各硬件组件功耗测算的干扰。附图说明图1为基于CPU控制的Android手机硬件组件功耗测算方法流程图；图2为NOKIAN95屏幕测试场景下实测的稳定整机功耗序列，图中的冲激是CPU进行读写操作带来的。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，包括PC控制端、Android手机、手机控制程序和功耗测试仪；其中：PC控制端，用于测算和显示Android手机的实时整机功率；包括：功耗记录单元，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，其特征在于：包括：PC控制端，用于测算和显示Android手机的实时整机功率；Android手机，用于安装手机控制程序和待测；手机控制程序，用于记录和控制Android手机的硬件工作状态；功耗测试仪，用于实时监测Android手机的功耗。

【技术特征摘要】
1.一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，其特征在于：包括：PC控制端，用于测算和显示Android手机的实时整机功率；Android手机，用于安装手机控制程序和待测；手机控制程序，用于记录和控制Android手机的硬件工作状态；功耗测试仪，用于实时监测Android手机的功耗。2.根据权利要求1所述的基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，其特征在于：所述PC控制端包括：功耗记录单元，用于记录功耗测试仪测得的Android手机的整机功耗；CPU数据记录单元，用于记录所述Android手机的CPU占用率序列；CPU功耗拟合单元，用于拟合出所述Android手机的功耗-CPU占用率关系函数；功耗计算单元，用于计算所述Android手机各个硬件组件功耗。3.根据权利要求1所述的基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，其特征在于：所述手机控制程序包括：CPU频率锁定模块，用于保持所述Android手机CPU工作频率稳定在特定值；CPU占用率反馈控制模块，用于保持所述Android手机CPU占用率稳定在特定值；屏幕控制模块，用于调节Android手机的屏幕亮度和显示图片；Wifi控制模块，用于使用Wifi网络上传下载数据包；扬声器控制模块，用于改变Android手机的音量大小和音频；2/3/4G控制模块，用于使用2/3/4G网络上传下载数据包。4.根据权利要求1所述的基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，其特征在于：所述功耗测试仪包括：手机供电模块，用于代替电池，为所述Android手机供电；电脑连接模块，用于将Android手机的功耗数据传输给所述PC控制端。5.根据权利要求3所述的基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算系统，其特征在于：所述CPU占用率反馈控制模块包括：CPU状态读取单元，用于读取所述Android手机下’/proc/stat’文件的信息；占用率计算单元，用于计算CPU占用率；任务发生单元，用于为CPU分配多线程空循环任务；反馈控制单元，用于根据CPU占用率来调整任务发生单元分配的任务量，让CPU占用率保持基本稳定。6.一种基于CPU控制的Android手机硬件组件的功耗测算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：打开Android手机，清空后台所有程序，打开手机控制程序，根据需要选定CPU工作频率F，设置CPU工作频率F恒定在fset；步骤2：让N核CPU的手机创建N个线程，分别同时循环执行2ms左右空循环任务，然后sleep2毫秒；步骤3：通过手机控制程序查看和处理’/proc/stat’文件的信息，每隔间隔Tread,获取并记录实时CPU占用率,并通过调节步骤2中设置的空循环任务的次数，改变运行循环任务的时长，将CPU占用率C一直维持在一常数cset附近；步骤4：关闭扬声器、屏幕、Wifi模块、2/3/4G模块，待功耗稳定后，用功耗测试仪，以周期T＝Tmeasure对整机功耗进行测量，测得在频率F＝fset、占用率C＝cset时,CPU功耗的时间序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桥，王宇然，唐家博，程茹洁，陆建，蒋厚明，胡牧，胡昊伟，
申请(专利权)人：东南大学，国家电网公司，南京南瑞集团公司，南京南瑞信息通信科技有限公司，国网四川省电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32