Powermanagement

1. Powermanagement Rechner- und Systemtechnik Dozent: Gerald Riemer Robert Engmann und Benedikt Menne

2. Aufbau • Theoretischer Teil • Powermanagement allgemein • Advanced Powermanagement • Advanced Configuration and Power Interface • Powermanagement auf verschiedenen Platformen • Microsoft Windows • Linux

3. Powermanagement allgemein • Einsparung von Energie wird wichtiger • Finanzieller Hintergrund • Ökologischer Hintergrund • Powermanagementtechniken • Advanced Power Management • Advanced Configuration and Power Interface

4. Advanced Power Management • Spezifikation erstellt von Intel und Microsoft im Jahre 1992 • APM definiert verschiedene Energiemodies des Computers • APM BIOS verbindet Hardware und Betriebssystem

5. APM – Energiemodies • Doze Mode • Eine Vorstufe des Standby Modus • Standby Modus • Einige Komponenten werden deaktiviert • Tastatur oder Maus weckt PC wieder auf • Suspend Modus • Computer wird softwareseitig abgeschaltet • Hard Off (Aus) • Computer ist ohne Verbindung zu Stromquelle

6. APM Aufbau und Integration

7. APM - Vorteile • Simple Technik • Einfache Integration von APM ins Betriebsystem • Einfache Integration von APM Funktionen für Entwickler von Software

8. APM - Nachteile • Dreh- und Angelpunkt ist das APM BIOS • APM BIOS muss Steuercodes der Geräte kennen • APM BIOS Größe steigt Exorbital • APM BIOS kennt keine Erweiterungskarten (z.B. PCI) • Betriebsystem • BIOS führt „Blackbox Dasein“ • Hardwarehersteller • Steuercode muss bekannt gegeben werden • Für PCI Karten ist eigener APM Treiber nötig

9. Fragerunde zu APM

10. Advanced Configuration and Power Interface • Entwickelt von HP, Intel, Microsoft, Phoenix Technologies und Toshiba im Jahre 1996 • Keine Weiterentwicklung von APM aufgrund der Defiziente sondern komplette Neuentwicklung • Ziel war es maximale Flexibilität zu erreichen

11. Advanced Configuration and Power Interface • Betriebsystem steuert Powermanagement • Besserer Überblick über vorhandene Hardware und deren Anzahl • Hat mehr Entscheidungsmöglichkeiten • Besitzt Benutzerschnittstelle (z.B. für Infos) • „ Blackbox Dasein“ wird verhindert

12. ACPI - Abstrakte Schnittstelle • ACPI wird in zwei logische Stufen geteilt • Lowlevel (ACPI BIOS) • Highlevel (Betriebsystem) • Operating System-directed configuration and Power Management (OSPM) • OSPM ist im OS Kernel angesiedelt • OSPM stellt optimale Konfiguration der Hardware bereit • OSPM kontrolliert verschiedene Hardwarezonen

13. ACPI - OSPM Zonen • Energiezustände • Systemweit • Gerätespezifisch • Prozessorspezifisch • Leistungsbereitschaft • Systemereignisse (Events) • Batterieverwaltung • Thermische Steuerung

14. ACPI - Systemzustände

15. ACPI - Systemzustände • Globale Zustände • Prozessorzustände • Gerätezustände • Leistungsbereitschaftszustände • Schlafzustände • Bootvorgangszustände

16. ACPI - Globale Zustände • Jeder Computer besitzt 4 globale Zustände • G0/S1 - Working • Anwendungssoftware wird ausgeführt • G1 - Sleeping • Computer befindet sich im S1-S4 Modus • G2/S5 - Soft Off • Computer ist ausgeschaltet • G3 - Mechanic Off • Stromversorgung unterbrochen

17. ACPI - Globale Zustände • Desto höher der globale Zustand um so höher die Latenzzeit zum G0 Zustand • Desto höher der globale Zustand um so niedriger ist der Energieverbrauch

18. ACPI - Prozessorzustände • C0 Zustand • Anweisungen werden ausgeführt • Energieaufnahme und Wärmeentwicklung am größten • C1 Zustand • Wird durch HLT Befehl herbeigeführt • Float, Integer Einheit etc, wird abgestellt • Latenzzeit sehr gering • C2 Zustand • Für MP-Systeme. 1 Prozessor arbeitet der andere schläft • C3 Zustand • Cache wird abgeschaltet. • Betriebsystem muss Register- und Cacheintegrität bewahren

19. ACPI - Gerätezustände • Geräte besitzen verschiedene Energiemodies • D0 Zustand • Im vollem Unfang betriebsfähig • D1 Zustand (Optional) • Gerät braucht weniger Energie. • Niedrige Latenzzeit um D0 zu erreichen • D2 Zustand (Optional) • Gerät braucht weniger Energie als im D1 Zustand • Latenzzeit größer als im D1 Zustand • D3 Zustand • Gerät ist abgeschaltet • Höchste Latenzzeit. System muss Gerät neu initialisieren

20. ACPI - Leistungsbereitschaft • Manche Geräte besitzen Stromsparmodies im D0-Zustand • Festplatte: Niedrigere Drehzahl • Prozessor: Niedrigere Taktfrequenz • Diese werden von P0-P15 gegliedert • Um so höher der Zustand um so höher der Energiespareffekt

21. ACPI - Systemzustände • Es gibt 5 Systemzustände (S0-S4) • S-Zustände sind systemweit • Um so höher der S-Zustand um so höher der Energiespareffekt • Um so höher der S-Zustand um so höher die Latenzzeit zu S0 • Jedem S-Zustand ist pro Gerät ein D-Zustand zugewiesen

22. ACPI - S-Zustände • S0-Zustand • Äquivalent mit G0-Zustand • S1-Zustand • Befehlsausführung der CPU wird gestoppt • Kontext im System bleibt erhalten • S2-Zustand • Prozessorkomplex schaltet sich ab (z.B. Cache)

23. ACPI - S-Zustände • S3-Zustand (Suspend to RAM) • Die meisten Geräte werden abgeschaltet (D3) • Arbeitsspeicher wird normal mit Energie versorgt • Hardwarekonfiguration, Register- Cacheinhalt, Grafikspeicher werden in Arbeitsspeicher transferiert • S4-Zustand (Suspend to Disk) • Zuerst wird Prozedere S3 ausgeführt • Arbeitsspeicherinhalt wird auf Festplatte gesichert • S5-Zustand • S5 ist äquivalent zu G2 (Soft Off)

24. ACPI - Bootvorgangszustände • Computer ist mit dem Bootvorgang beschäftigt • Es wird überprüft ob vorher S4 ausgeführt wurde • Falls S4 ausgeführt wurde wird die Sicherung des Arbeitsspeichers wiederhergestellt

25. ACPI – Verlassen der S-Zustände • Es gibt 2 Möglichkeiten Systemzustände zu verlassen • Interaktion des Benutzers (Tastatur/Maus/Events) • Aufwecken durch andere Geräte (Netzwerkkarte) • Geräte die Aufwecken können haben als niedrigsten D-Zustand D2

26. ACPI - Systemzustände

27. ACPI - Metasprache • ACPI definiert mächtige Metasprache ASL • ASL zu Bytecode kompiliert wird als AML bezeichnet • ASL/AML beschreibt: • Funktion des Gerätes • Unterstützte Zustände (P0-P15, D0-D3) • Auszuführende Schritte um Aktion (z.B. D3) herbeizuführen • Jedes Gerät bringt eigenes AML auf FlashROM mit

28. ACPI - Metasprache Method (_BST, 0, Serialized) { If (USEC) { ShiftLeft (^^PCI0.PIB.EC0.ERCH, 0x08, BCAP) Or (BCAP, ^^PCI0.PIB.EC0.ERCL, BCAP) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1CV, BCVT) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1FC, BFCG) Store (^^PCI0.PIB.EC0.B1TC, BTCG) Store (0x0960, BTPR) Store (^^PCI0.PIB.EC0.SOC1, Local0) } Else { Acquire (PSMX, 0xFFFF) SMIR (0xE6, 0xFF) Store (BRC0, BCAP) Store (MPCT, Local0) Release (PSMX) } . . . }

29. ACPI - Schnittstelle

30. ACPI - Gesamtkonzept (OSPM) • ACPI Steuerinstanz ist das Betriebssystem • Konfiguration der Geräte • Verteilung von Interruptus • Wechseln zu verschiedenen Zuständen (z.B. S3) • Bereitstellung von Informationsschnittstellen (Akkuzustand etc.) • Richtlinienumsetzung für optimales Powermanagement (Minimaler- oder maximaler Energieverbrauch) • Behandlung von Ereignissen (Events)

31. Fragerunde zu ACPI

32. Powermanagement unter Windows • Microsoft beteiligt an Spezifikation • Gewissenhafte Implementierung • Marktführerposition hilft Windows • Einfacher Zugriff für Softwareentwickler mit Hilfe von Windows Management Instrumentation (WMI)

33. ACPI - Windows 98 • Windows 98 erstes OS mit ACPI Unterstützung • Einführung der Energieoptionen • APM und ACPI wurden parallel betrieben • ACPI funktionierte nicht reibungslos

34. ACPI - Windows 2000 • Bessere ACPI Unterstützung als unter Windows 98 • APM und ACPI Parallelbetrieb möglich • Immigration des Ruhezustandes (Hibernate)

35. ACPI - Windows XP • Anpassung an ACPI Spezifikation 2.0 • Keine APM Unterstützung mehr • Erweiterung der Energie- optionen • ACPI Richtlinieneinsicht hinzugefügt

36. ACPI - Windows XP

37. ACPI - Windows Vista • ACPI 3.0 Unterstützung • Dritthersteller PlugIn-System • Vielfältigere und umfangreiche Einstellungsmöglichkeiten

38. ACPI unter Linux • ACPI Unterstützung erst sehr spät (1999) • Initiative von Intel Corps. mit ACPI CA • Immigration von ACPI CA in Kernel 2.4 • Mittelmäßige ACPI Unterstützung • BIOS Hersteller erstellen ASL für Windows • Hardwarehersteller richten sich nach Windows • Mit Linux Kernel 2.5, 2.6 wurden viele Probleme behoben

39. Linux - ACPICA

40. ACPI - Gnome PowerManager

41. Fragerunde zu Betriebsystemen