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談到PC的電源管理標準，不作二想的當然是ACPI，不過(guò)這樣的想法如今似乎需要一些補充，若將PC的定義更廣義延伸來(lái)看，那么可使用的電源管理機制、標準將不單只有ACPI，DPM（Dynamic Power Management，動(dòng)態(tài)電源管理）則是另一個(gè)可評估的選擇，以下我們將對此逐一說(shuō)明理由。 不是所有PC OS都支持ACPI PC使用ACPI的電源管理機制已久，打從1996年發(fā)布首版標準以來(lái)已經(jīng)使用超過(guò)10年的時(shí)間，就連Apple在2005年決議將Mac OS X移植到x86平臺后，所使用的電源管理規范也一樣是ACPI，由此來(lái)看真的需要選用ACPI之外的省電標準嗎？ 這樣的疑問(wèn)，主要是以Windows、Mac OS X等操作系統所發(fā)出的觀(guān)點(diǎn)，但PC并不是只能執行這兩種操作系統，也包含Linux、FreeBSD以及其它適用于x86架構的嵌入式操作系統，這些操作系統就不見(jiàn)得依循ACPI規范。舉例來(lái)說(shuō)，2003年國際信息大廠(chǎng)（注1）開(kāi)始積極于商用市場(chǎng)推行Linux PC，當時(shí)的Linux在核心程序上對ACPI的支持尚未完備，因此預設的省電機制是更早期的APM，而非ACPI。 △圖說(shuō)：DPM的架構圖，圖中可見(jiàn)DPM可控管多項硬件，包括電源供應器、系統頻率產(chǎn)生器、內存控制器、處理器等。 ACPI依舊要與BIOS互動(dòng) 其次，ACPI訂立的初衷，是期望讓操作系統直接進(jìn)行電源管理，言下之意是取代APM，APM是在BIOS的韌體層面來(lái)進(jìn)行省電管理，ACPI則希望一切都改由OS的軟件層面來(lái)管理，或至少要大幅降低對韌體層的功效依賴(lài)。 不過(guò)，在后續的實(shí)際發(fā)展上似乎未能實(shí)現初衷，甚至有反其道的跡象，首版ACPI提出時(shí)是由Intel、Microsoft、Toshiba等三家業(yè)者所共同訂定，并沒(méi)有BIOS業(yè)者（如AMI、Phoenix等）的參與，就BIOS業(yè)者的角度來(lái)看，ACPI是稀釋其BIOS功效價(jià)值的標準，對ACPI自然是采抵抗姿態(tài)，然之后ACPI標準進(jìn)行改版（2000年的2.0版），開(kāi)始有BIOS業(yè)者的參與制訂，由此可知：ACPI不僅沒(méi)有達到架空BIOS的目的，依舊對BIOS有程度上的依賴(lài)，甚而有更密切之跡。 就PC使用者而言，省電機制是完全交付給BIOS，還是完全交付給OS，或者兩相合作等，這些都不重要也不用去在意，但對運用PC架構、PC技術(shù)的開(kāi)發(fā)設計者而言就必須關(guān)注，OS與BIOS相依的結果將會(huì )影響設計。 舉例而言，截至目前為止Microsoft Windows所用的BIOS是傳統的BIOS，也就是以真實(shí)模式、16-bit指令執行的BIOS程序，此是打從1981年IBM PC推出以來(lái)就有的不成文標準，相對的Apple將Mac OS X轉移到PC之后，所用的BIOS標準并非是傳統PC BIOS，而是Intel所力主的新PC韌體標準：EFI（Extensible Firmware Interface，可延伸式韌體接口），EFI是以保護模式、32-bit指令執行的BIOS。 由此來(lái)看，Mac OS X無(wú)法使用傳統BIOS，Windows也無(wú)法支持先進(jìn)的EFI，如此就更難使ACPI平順運作，即便ACPI已訂立一套自有的硬件抽象層，理論上可讓OS用更簡(jiǎn)潔（去除繁瑣、復雜細節）、更具結構性的方式來(lái)與BIOS協(xié)同運作，然OS與BIOS間的程度上相依，就工程角度而言等于減損了BIOS的換替彈性。 △圖說(shuō)：DPM的運作狀態(tài)轉移圖其中包含了閑置、中斷執掌、工作排程、休眠等各種狀態(tài)。 附帶一提的，除了傳統BIOS、EFI BIOS外，Transmeta公司的Crusoe、Effineon等處理器由于使用特有的CMS（Code Morphing Software）轉化機制，因此其使用的BIOS既不是傳統BIOS也不是EFI BIOS，如此與ACPI間的通透支持也同樣困難。 支援ACPI不利于移攜 說(shuō)明到目前為止其實(shí)仍不會(huì )覺(jué)得問(wèn)題嚴重，PC的主流OS僅一、二種，同樣的主流BIOS也僅來(lái)自于一、二家業(yè)者，很少有機會(huì )用到主流以外OS或BIOS，因此有無(wú)交換性、替換彈性似乎也無(wú)關(guān)緊要。且看來(lái)看去，影響最多的恐怕是Linux，Linux在A(yíng)CPI方面的支持進(jìn)度與完整性必是落后于Windows，數年前還是以APM為主。 同時(shí)Linux的優(yōu)勢在于平臺移攜性（Portable），小至手表、PDA，大到大型主機、超級計算機都可使用Linux，相對的Mac OS X除了從PowerPC轉往x86外，并沒(méi)有更多的跨平臺想法，所以轉移至x86后，可以更專(zhuān)致于擁抱x86硬件、EFI韌體，所以有否BIOS換用彈性對Mac OS X并不重要，然對Linux就相對重要，Linux在操作系統核心內所支持的電源管理機制及標準，必須盡可能適用于不同的硬件，連帶的也要適用于不同的韌體才行，如此才能持續保有移攜性的優(yōu)勢。 所以，Linux確實(shí)比Windows、Mac OS X更需要一套真正不與韌體關(guān)連的電源機制，以便伴隨Linux移植至各硬件平臺時(shí)都仍能持續適用并發(fā)揮功效，若以此角度來(lái)審視則ACPI并不適合Linux，或至多只適合Linux PC。 ACPI不適合嵌入式系統 進(jìn)一步的，也因為L(cháng)inux具有高度移攜性，所以今日許多的嵌入式系統都以L(fǎng)inux為其操作系統，此時(shí)的Linux成為嵌入式操作系統，在此種運用下ACPI就更不適合Linux。 關(guān)于此，對嵌入式設計有概念者，即能很快了解個(gè)中的不適性，ACPI是針對一般性用途的操作系統所設計，即是用于數據處理之類(lèi)的應用，這類(lèi)型的應用講求同時(shí)執行多個(gè)應用程序，程序執行的數目不定，運算資源、硬件資源的分配上著(zhù)重在整體最大化效益，且未特別看重執行的響應速度。 相對的，嵌入式操作系統只執行單一或少數的應用程序，程序的執行個(gè)數固定，運算資源、硬件資源講究重點(diǎn)式分配、優(yōu)先權式分配，并強調關(guān)鍵程序的執行速度反應�？梢�(jiàn)一般性用途的操作系統與嵌入式操作系統（也多半是實(shí)時(shí)操作系統）在特性與取向上近乎天南地北，倘若將ACPI用于嵌入式操作系統，必會(huì )影響執行運作的實(shí)時(shí)表現。 △圖說(shuō)：就高層次的角度來(lái)看DPM的技術(shù)提案，其中政策管理器將用在操作系統核心與應用程序，而政策則置于操作系統核心中的DPM功效部分。 PC架構的嵌入式應用正在狂增 如此看來(lái)問(wèn)題似乎更小，一方面不是Windows、Mac OS X等操作系統的問(wèn)題，另一方面也不是Linux PC的問(wèn)題，Linux PC大可與Windows、Mac OS X一樣只支持ACPI，此僅是屬于Linux在嵌入式應用設計上的問(wèn)題。 這樣的觀(guān)點(diǎn)并沒(méi)有錯，但若是從今日的各種發(fā)展趨勢來(lái)看，就會(huì )發(fā)現這樣的觀(guān)點(diǎn)并不完全。首先，現在有愈來(lái)愈多的嵌入式應用是實(shí)行x86架構，例如POS收款機、ATM提款機、KIOSK信息亭等，其機內的本體基礎都是x86、都是PC，但操作系統方面多半不是Windows或Mac OS X，而是Linux或其它的嵌入式系統，此外如STB視訊機頂盒、PVR硬盤(pán)錄放機等也是如此。 再者，Microsoft也積極為PC嘗試各種新應用出路，媒體中心（Media Center）即是此中的一項代表，媒體中心從某種角度看也等于是一種嵌入式應用，擔任媒體中心角色的計算機置放在客廳中，與電視相連，只具備固定的幾項功效，只執行固定的幾項應用，如此幾與嵌入式設計無(wú)異。 不僅如此，PC架構的服務(wù)器也有朝嵌入式發(fā)展的取向，伺服應用機（Server Appliance）（注2）、NAS（Network Attached Storage）、刀鋒服務(wù)器（Blade Server）等即是此取向的代表，此類(lèi)型的機器設備都具有一個(gè)共通點(diǎn)，那就是只執行單一或固定的幾項應用，并講究執行響應速度與服務(wù)效能。 如此看來(lái)，以PC架構為基礎的嵌入式應用正大幅增加，且用的都是嵌入式操作系統，既為嵌入式應用，雖然不是所有嵌入式應用都有實(shí)時(shí)處理的需求，但仍有很大比重都需要實(shí)時(shí)性，包括視訊編譯碼、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議傳輸等，如此也就需要更能支持與呼應嵌入式實(shí)時(shí)處理的電源管理機制，而不是一般性數據處理所用的電源機制。 △圖說(shuō)：在MontaVista Software公司的消費性電子版Linux中，其核心部分就具有DPM的功效。 DPM－動(dòng)態(tài)電源管理 到這里相信各位已能了解，Linux需要一套與Linux一樣具高度移攜性、高度跨平臺、極低硬件／韌體相依性、適合嵌入式應用、呼應支持實(shí)時(shí)處理等的電源管理機制，而這些要求的答案就指向一套開(kāi)放原碼的自由軟件項目：DPM（動(dòng)態(tài)電源管理）。 先說(shuō)明移攜性，目前為止DPM已支持多種硬件平臺，包括TI的OMAP平臺（ARM架構）、IBM的PowerPC 405LP處理器（PowerPC架構）、Intel的PXA27x處理器（XScale架構）、以及Intel的Centrino處理器（x86架構）等，且支持計劃尚未停止，后續發(fā)展也將會(huì )支持更多類(lèi)型的硬件平臺。 從現有的支持即可看出，DPM可以支持使用ARM架構的可攜式嵌入式應用，如PDA、PMP等，而支持Centrino也等于支持任何的x86架構，任何PC架構的應用都可使用DPM，而之所以特別強調Centrino，主要是標榜DPM支持Centrino的Enhanced SpeedStep省電技術(shù)，事實(shí)上DPM極大的一項特點(diǎn)就在于支持動(dòng)態(tài)調整工作電壓與工作頻率的CPU，當系統運算工作量加重或減輕，DPM可實(shí)時(shí)偵測并通知CPU改變工作電壓及頻率，從偵測到確實(shí)因應變化僅需十數毫秒的時(shí)間。 此外，也因為發(fā)展之初就以高度移攜跨用為目標，所以DPM也較少BIOS相依性的問(wèn)題，同時(shí)也針對嵌入式應用、實(shí)時(shí)處理等特性機制而設計，在不影響執行執行效能與響應速度的前提下進(jìn)行電能管控。且更重要的是，只要透過(guò)包裝程序（Wrapper）的轉化，原本不支持DPM機制的應用程序也立即能支持DPM機制，今日無(wú)論2.4版或2.6版核心的Linux都已能使用DPM。 △圖說(shuō)：DPM技術(shù)支持各種處理器，其中也包括IBM的PowerPC 405LP，405LP可動(dòng)態(tài)調整其核心工作電壓，從1.0V～1.8V，DPM可呼應、支持此一動(dòng)態(tài)調整。 從「專(zhuān)用」回包「通用」 最后讓我們回頭看ACPI，倘若ACPI不做改變，將只持續適用在通用、泛用的一般性信息系統中，如PC、工作站、服務(wù)器等。相對的多樣性開(kāi)拓、專(zhuān)用性發(fā)展的Linux將適合用DPM，且Linux PC可選擇ACPI或DPM，雖然目前就用量氣勢而言，ACPI因使用在一致性、大宗性生產(chǎn)的PC上，進(jìn)而達到極大的普及優(yōu)勢，但卻難以脫離信息產(chǎn)品的領(lǐng)域。 相對的，DPM與Linux同樣具備高度移攜性，能用于嵌入式應用、用于信息應用、用于消費性電子等，倘若發(fā)展趨勢不變，往后大宗、主流的地位版圖將會(huì )轉變。 △圖說(shuō)：圖中可見(jiàn)，IBM PowerPC 405LP在核心電壓1.0V與1.1V下，以及工作頻率在152MHz與380MHz下的省電與效能差異性，1.8V@380MHz時(shí)用電達500mW，但在1.0V@152MHz時(shí)就只剩53mW的功耗。 |
