基于游戲負載預測的android系統(tǒng)設備功耗優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于android智能系統(tǒng)設備功耗優(yōu)化技術領域，具體的是一種基于游戲負 載預測的android系統(tǒng)設備功耗優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著手持式移動設備爆發(fā)式的增長以及應用程序功能多樣化的發(fā)展，功耗、性能 矛盾愈加突出。為了緩解該問題，以往解決方案往往建立在對系統(tǒng)或者任務行為分析的基 礎上，但是不同的應用場景乃至使用人群都會對系統(tǒng)或任務行為產生很大的影響，因此，充 分挖掘應用場景的信息對指導系統(tǒng)進行資源優(yōu)化、降低功耗起著重要的作用。
[0003] 在三星Galaxy S5中，當電量低于10%時屏幕將變?yōu)楹诎撞⑶谊P閉所有非必 須服務；更重要的是引入了針對不同場景的功耗優(yōu)化機制，這些機制都來自于第三方 LucidLogix公司的節(jié)能技術PowerExtend。其第一部分是針對導航技術優(yōu)化的，稱之為 NavExtend，可以在使用GPS導航的場景下延長電池續(xù)航能力25%，在導航路線確定之后， 導航行為是可預知的，可以按需調節(jié)GPS導航所需要的圖形負載，對于簡單畫面，可以降低 幀刷新頻率；第二種優(yōu)化技術為WebExtend，在上網時同樣可以延長續(xù)航時間25%，其原理 與前者類似，也是智能判斷瀏覽器的圖形負載，按需調整資源；最后則是針對游戲等高負載 應用專門設計的GameExtend，可延長電池續(xù)航50%。
[0004] 在手機、平板電腦等電子產品中，游戲已經成為人們日常生活中的一部分，但是 游戲開發(fā)者往往在追求游戲視覺效果和用戶體驗時，不會考慮到對手機平臺上軟硬件資 源的合理分配，盲目提高幀率。在IBM Notebook平臺運行測試游戲Quake II (默認開 啟軟渲染），在CPU 599MHz和1298MHz頻率下，其幀率如圖1所示（X軸為時間軸，Y軸 為frames/sec)，運行在1298MHz時游戲的幀率最高可達70fps以上，當運行在599MHz時 游戲的幀率可能最低達到l〇fps，游戲負載波動較大，對資源需求變化亦較大，但是研究 [2]表明，在幀率達到某臨界值后，提高幀率將無法改善用戶體驗，這就會造成資源過度 索取，從而使得智能手機平臺上的功耗/性能矛盾愈加凸顯。國內外科研工作者針對特 定應用場景的DVFS研究相對較多，但是此項技術應用比較成熟的是在視頻播放解碼領域 [Dietrich B,Chakraborty S. Managing power for closed-source android os games by lightweight graphics instrumentation[C]//Network and Systems Support for Games(NetGames), 2012 Ilth Annual Workshop on. IEEE, 2012:1-3·]，而針對游戲場景的 DVFS研究則相對匱乏且并未取得較大突破。針對游戲應用的DVFS研究從研究平臺上主要 分為PC端和移動端，從研究對象上來說分為開源游戲和閉源游戲。
[0005] 已有針對游戲應用的 DVFS 研究[Gu Y, Chakraborty S, Ooi W T. Games are up for DVFS[C]//Proceedings of the 43rd annual Design Automation Conference. ACM, 2006:598-603.]多面向的是PC平臺，集中于Windows平臺上開源游戲的研究，游戲源 代碼的獲得和研讀困難大，并且從實用性角度來看，研究意義不大。
[0006] 對于開源游戲，因為源代碼可得，所以研究的重點放在了對一幀代碼中所體現(xiàn)的 游戲畫面幀中的結構特征的提取上，研究取得的成果對于指導游戲開發(fā)人員在節(jié)能意識下 進行開發(fā)有著不可替代的作用。但是對于作為第三方，想要通過分析游戲行為在操作系統(tǒng) 一級找出一種針對閉源游戲降低功耗的普適方法的研究者來說，其研究方法無從借鑒。本 發(fā)明由此而來。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于游戲負載預測的android系統(tǒng)設備功耗優(yōu)化方法， 解決了現(xiàn)有技術中android系統(tǒng)設備游戲功耗普遍高，降低了設備電池可用性等技術問 題。本發(fā)明基于游戲負載預測的android系統(tǒng)設備功耗優(yōu)化方法可以根據(jù)不同的場景和用 戶在相應場景下對游戲性能的要求，合理分配系統(tǒng)資源以達到降低功耗的目的。
[0008] 為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案如下：
[0009] 一種基于游戲負載預測的降低android系統(tǒng)設備功耗的方法，其特征在于所述方 法包括以下步驟：
[0010] (1)獲取游戲運行各個階段android系統(tǒng)設備的處理器負載，根據(jù)處理器負載預 測游戲運行下一幀的處理器負載需求；
[0011] (2)獲取android系統(tǒng)設備的當前游戲的訪存特性、當前游戲運行的紋理特性、游 戲與用戶的交互度信息，判斷當前游戲運行的功能場景；
[0012] (3)根據(jù)當前游戲運行的功能場景按照預定的DVFS調頻模塊對CPU和GPU進行頻 率和電壓調整。
[0013] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（1)通過獲取游戲進程當前和上一次調用底層 EGL中的eglSwapBuffersO函數(shù)的執(zhí)行時間差，量化確定CPU完成當前幀所有計算和發(fā)送 渲染調用給GPU的總負載值。
[0014] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（1)通過獲取游戲進程紋理圖片貼圖的次數(shù)和 當前和上一次紋理坐標映射的時間差，量化確定GPU負載值。
[0015] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（2)中游戲運行的功能場景區(qū)分為游戲加載場 景、游戲進行場景、游戲退出場景、游戲菜單場景和游戲交互場景。
[0016] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（2)中通過android系統(tǒng)設備內核中內存分配 函數(shù)統(tǒng)計一段時間內存分配請求數(shù)量識別游戲加載場景和游戲退出場景：
[0017] 1)當統(tǒng)計周期內應用程序對內存的分配請求量超過或者等于預定分配閾值，且釋 放內存量低于預定釋放閾值，則判定游戲運行的當前功能場景為游戲加載場景；
[0018] 2)當統(tǒng)計周期內應用程序對內存的分配請求量低于預定分配閾值，且釋放內存量 超過或者等于預定釋放閾值，則判定游戲運行的當前功能場景為游戲退出場景；
[0019] 3)其余情形，不進行判定。
[0020] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（2)中通過在統(tǒng)計時間內統(tǒng)計游戲運行時游戲 紋理貼圖數(shù)量級和連續(xù)幾幀紋理數(shù)量前后差值的累加值來判定游戲運行的當前功能場景 是游戲菜單場景還是游戲進行場景：
[0021] I)當在統(tǒng)計時間內統(tǒng)計游戲紋理貼圖數(shù)量少于預定紋理數(shù)量級，且在統(tǒng)計時間內 連續(xù)幾幀紋理數(shù)量變化速度低于預定變化速度的場景，則判定游戲運行的當前功能場景為 游戲菜單場景；
[0022] II)其他情形均判定游戲運行的當前功能場景為非游戲菜單場景。
[0023] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（2)中用戶交互度信息通過android系統(tǒng)設備 的消息機制來實現(xiàn)，其中通過消息處理時間占空比
作為衡量用戶交互時任 務重要性的指標；式中cpu_time表示android系統(tǒng)每兩次調用DVFS調頻算法對CPU進行 頻率調節(jié)的時間間隔內CPU用于處理任務的時間；mSg_time表示系統(tǒng)每兩次調用調頻算法 對CPU進行頻率調節(jié)的時間間隔內CPU用于主線程處理消息的時間；當P大于或者等于預 定值時，則判斷游戲運行的當前功能場景為游戲交互場景；否則判斷游戲運行的當前功能 場景不為游戲交互場景。
[0024] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（3)中DVFS調頻模塊采用ondemand算法按照 如下步驟進行調頻：
[0025] A)當CPU利用率大于90%，將CPU頻率提升到可支持的最大頻率；否則進行B);
[0026] B)判斷CPU利用率是否在70~80 %之間，如果是，則繼續(xù)循環(huán)到下一計算調頻周 期；否則進行步驟C);
[0027] C)判斷CPU當前頻率是否小于當前可支持的最小頻率；如果是，將當前頻率提升 到可支持的最小頻率；否則降低當前頻率，繼續(xù)循環(huán)到下一計算調頻周期。
[0028] 優(yōu)選的技術方案中，所述方法步驟（A)中當CPU利用率大于90%時，如果獲取的當 前游戲場景為游戲交互場景或者游戲進行場景，則將CPU頻率提升到可支持的最大頻率； 否則判斷當前CPU頻率是