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

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

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

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

APM – Energiemodies Doze Mode Standby Modus Suspend Modus 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

APM Aufbau und Integration

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

APM - Nachteile Dreh- und Angelpunkt ist das APM BIOS Betriebsystem 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

Fragerunde zu APM

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

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

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

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

ACPI - Systemzustände

ACPI - Systemzustände Globale Zustände Prozessorzustände Gerätezustände Leistungsbereitschaftszustände Schlafzustände Bootvorgangszustände

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

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

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

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

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

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

ACPI - S-Zustände S0-Zustand S1-Zustand S2-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)

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)

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

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

ACPI - Systemzustände

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

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) .

ACPI - Schnittstelle

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)

Fragerunde zu ACPI

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

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

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

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

ACPI - Windows XP

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

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

Linux - ACPICA

ACPI - Gnome PowerManager

Fragerunde zu Betriebsystemen