Linux PC可选用的电源管理：DPM

　　谈到PC的电源管理标准，不作二想的当然是ACPI，不过这样的想法如今似乎需要一些补充，若将PC的定义更广义延伸来看，那么可使用的电源管理机制、标准将不单只有ACPI，DPM（Dynamic Power Management，动态电源管理）则是另一个可评估的选择，以下我们将对此逐一说明理由。

　　不是所有PC OS都支持ACPI

　　PC使用ACPI的电源管理机制已久，打从1996年发布首版标准以来已经使用超过10年的时间，就连Apple在2005年决议将Mac OS X移植到x86平台后，所使用的电源管理规范也一样是ACPI，由此来看真的需要选用ACPI之外的省电标准吗？

　　这样的疑问，主要是以Windows、Mac OS X等操作系统所发出的观点，但PC并不是只能执行这两种操作系统，也包含Linux、FreeBSD以及其它适用于x86架构的嵌入式操作系统，这些操作系统就不见得依循ACPI规范。举例来说，2003年国际信息大厂（注1）开始积极于商用市场推行Linux PC，当时的Linux在核心程序上对ACPI的支持尚未完备，因此预设的省电机制是更早期的APM，而非ACPI。

△图说：DPM的架构图，图中可见DPM可控管多项硬件，包括电源供应器、系统频率产生器、内存控制器、处理器等。（资料来源：www.dynamicpower.sourceforge.net）

　　ACPI依旧要与BIOS互动

　　其次，ACPI订立的初衷，是期望让操作系统直接进行电源管理，言下之意是取代APM，APM是在BIOS的韧体层面来

进行省电管理，ACPI则希望一切都改由OS的软件层面来管理，或至少要大幅降低对韧体层的功效依赖。

　　不过，在后续的实际发展上似乎未能实现初衷，甚至有反其道的迹象，首版ACPI提出时是由Intel、Microsoft、Toshiba等三家业者所共同订定，并没有BIOS业者（如AMI、Phoenix等）的参与，就BIOS业者的角度来看，ACPI是稀释其BIOS功效价值的标准，对ACPI自然是采抵抗姿态，然之后ACPI标准进行改版（2000年的2.0版），开始有BIOS业者的参与制订，由此可知：ACPI不仅没有达到架空BIOS的目的，依旧对BIOS有程度上的依赖，甚而有更密切之迹。

　　就PC使用者而言，省电机制是完全交付给BIOS，还是完全交付给OS，或者两相合作等，这些都不重要也不用去在意，但对运用PC架构、PC技术的开发设计者而言就必须关注，OS与BIOS相依的结果将会影响设计。

　　举例而言，截至目前为止Microsoft Windows所用的BIOS是传统的BIOS，也就是以真实模式、16-bit指令执行的BIOS程序，此是打从1981年IBM PC推出以来就有的不成文标准，相对的Apple将Mac OS X转移到PC之后，所用的BIOS标准并非是传统PC BIOS，而是Intel所力主的新PC韧体标准：EFI（Extensible Firmware Interface，可延伸式韧体接口），EFI是以保护模式、32-bit指令执行的BIOS。

　　由此来看，Mac OS X无法使用传统BIOS，Windows也无法支持先进的EFI，如此就更难使ACPI平顺运作，即便ACPI已订立一套自有的硬件抽象层，理论上可让OS用更简洁（去除繁琐、复杂细节）、更具结构性的方式来与BIOS协同运作，然OS与BIOS间的程度上相依，就工程角度而言等于减损了BIOS的换替弹性。

△图说：DPM的运作状态转移图其中包含了闲置、中断执掌、工作排程、休眠等各种状态。（资料来源：www.dynamicpower.sourceforge.net）

　　附带一提的，除了传统BIOS、EFI BIOS外，Transmeta公司的Crusoe、Effineon等处理器由于使用特有的CMS（Code Morphing Software）转化机制，因此其使用的BIOS既不是传统BIOS也不是EFI BIOS，如此与ACPI间的通透支持也同样困难。

　　支援ACPI不利于移携

　　说明到目前为止其实仍不会觉得问题严重，PC的主流OS仅一、二种，同样的主流BIOS也仅来自于一、二家业者，很少有机会用到主流以外OS或BIOS，因此有无交换性、替换弹性似乎也无关紧要。且看来看去，影响最多的恐怕是Linux，Linux在ACPI方面的支持进度与完整性必是落后于Windows，数年前还是以APM为主。

　　同时Linux的优势在于平台移携性（Portable），小至手表、PDA，大到大型主机、超级计算机都可使用Linux，相对的Mac OS X除了从PowerPC转往x86外，并没有更多的跨平台想法，所以转移至x86后，可以更专致于拥抱x86硬件、EFI韧体，所以有否BIOS换用弹性对Mac OS X并不重要，然对Linux就相对重要，Linux在操作系统核心内所支持的电源管理机制及标准，必须尽可能适用于不同的硬件，连带的也要适用于不同的韧体才行，如此才能持续保有移携性的优势。

　　所以，Linux确实比Windows、Mac OS X更需要一套真正不与韧体关连的电源机制，以便伴随Linux移植至各硬件平台时都仍能持续适用并发挥功效，若以此角度来审视则ACPI并不适合Linux，或至多只适合Linux PC。

　　ACPI不适合嵌入式系统

　　进一步的，也因为Linux具有高度移携性，所以今日许多的嵌入式系统都以Linux为其操作系统，此时的Linux成为嵌入式操作系统，在此种运用下ACPI就更不适合Linux。

　　关于此，对嵌入式设计有概念者，即能很快了解个中的不适性，ACPI是针对一般性用途的操作系统所设计，即是用于数据处理之类的应用，这类型的应用讲求同时执行多个应用程序，程序执行的数目不定，运算资源、硬件资源的分配上着重在整体最大化效益，且未特别看重执行的响应速度。

　　相对的，嵌入式操作系统只执行单一或少数的应用程序，程序的执行个数固定，运算资源、硬件资源讲究重点式分配、优先权式分配，并强调关键程序的执行速度反应。可见一般性用途的操作系统与嵌入式操作系统（也多半是实时操作系统）在特性与取向上近乎天南地北，倘若将ACPI用于嵌入式操作系统，必会影响执行运作的实时表现。

△图说：就高层次的角度来看DPM的技术提案，其中政策管理器将用在操作系统核心与应用程序，而政策则置于操作系统核心中的DPM功效部分。（资料来源：www.dynamicpower.sourceforge.net）

　　PC架构的嵌入式应用正在狂增

　　如此看来问题似乎更小，一方面不是Windows、Mac OS X等操作系统的问题，另一方面也不是Linux PC的问题，Linux PC大可与Windows、Mac OS X一样只支持ACPI，此仅是属于Linux在嵌入式应用设计上的问题。

　　这样的观点并没有错，但若是从今日的各种发展趋势来看，就会发现这样的观点并不完全。首先，现在有愈来愈多的嵌入式应用是实行x86架构，例如POS收款机、ATM提款机、KIOSK信息亭等，其机内的本体基础都是x86、都是PC，但操作系统方面多半不是Windows或Mac OS X，而是Linux或其它的嵌入式系统，此外如STB视讯机顶盒、PVR硬盘录放机等也是如此。

　　再者，Microsoft也积极为PC尝试各种新应用出路，媒体中心（Media Center）即是此中的一项代表，媒体中心从某种角度看也等于是一种嵌入式应用，担任媒体中心角色的计算机置放在客厅中，与电视相连，只具备固定的几项功效，只执行固定的几项应用，如此几与嵌入式设计无异。

　　不仅如此，PC架构的服务器也有朝嵌入式发展的取向，伺服应用机（Server Appliance）（注2）、NAS（Network Attached Storage）、刀锋服务器（Blade Server）等即是此取向的代表，此类型的机器设备都具有一个共通点，那就是只执行单一或固定的几项应用，并讲究执行响应速度与服务效能。

　　如此看来，以PC架构为基础的嵌入式应用正大幅增加，且用的都是嵌入式操作系统，既为嵌入式应用，虽然不是所有嵌入式应用都有实时处理的需求，但仍有很大比重都需要实时性，包括视讯编译码、网络协议传输等，如此也就需要更能支持与呼应嵌入式实时处理的电源管理机制，而不是一般性数据处理所用的电源机制。

△图说：在MontaVista Software公司的消费性电子版Linux中，其核心部分就具有DPM的功效。（资料来源：www.mvista.com）

　　DPM－动态电源管理

　　到这里相信各位已能了解，Linux需要一套与Linux一样具高度移携性、高度跨平台、极低硬件／韧体相依性、适合嵌入式应用、呼应支持实时处理等的电源管理机制，而这些要求的答案就指向一套开放原码的自由软件项目：DPM（动态电源管理）。

　　先说明移携性，目前为止DPM已支持多种硬件平台，包括TI的OMAP平台（ARM架构）、IBM的PowerPC 405LP处理器（PowerPC架构）、Intel的PXA27x处理器（XScale架构）、以及Intel的Centrino处理器（x86架构）等，且支持计划尚未停止，后续发展也将会支持更多类型的硬件平台。

　　从现有的支持即可看出，DPM可以支持使用ARM架构的可携式嵌入式应用，如PDA、PMP等，而支持Centrino也等于支持任何的x86架构，任何PC架构的应用都可使用DPM，而之所以特别强调Centrino，主要是标榜DPM支持Centrino的Enhanced SpeedStep省电技术，事实上DPM极大的一项特点就在于支持动态调整工作电压与工作频率的CPU，当系统运算工作量加重或减轻，DPM可实时侦测并通知CPU改变工作电压及频率，从侦测到确实因应变化仅需十数毫秒的时间。

　　此外，也因为发展之初就以高度移携跨用为目标，所以DPM也较少BIOS相依性的问题，同时也针对嵌入式应用、实时处理等特性机制而设计，在不影响执行执行效能与响应速度的前提下进行电能管控。且更重要的是，只要透过包装程序（Wrapper）的转化，原本不支持DPM机制的应用程序也立即能支持DPM机制，今日无论2.4版或2.6版核心的Linux都已能使用DPM。

△图说：DPM技术支持各种处理器，其中也包括IBM的PowerPC 405LP，405LP可动态调整其核心工作电压，从1.0V∼1.8V，DPM可呼应、支持此一动态调整。（资料来源：www.research.ibm.com）

　　从「专用」回包「通用」

　　最后让我们回头看ACPI，倘若ACPI不做改变，将只持续适用在通用、泛用的一般性信息系统中，如PC、工作站、服务器等。相对的多样性开拓、专用性发展的Linux将适合用DPM，且Linux PC可选择ACPI或DPM，虽然目前就用量气势而言，ACPI因使用在一致性、大宗性生产的PC上，进而达到极大的普及优势，但却难以脱离信息产品的领域。

　　相对的，DPM与Linux同样具备高度移携性，能用于嵌入式应用、用于信息应用、用于消费性电子等，倘若发展趋势不变，往后大宗、主流的地位版图将会转变。

△图说：图中可见，IBM PowerPC 405LP在核心电压1.0V与1.1V下，以及工作频率在152MHz与380MHz下的省电与效能差异性，1.8V@380MHz时用电达500mW，但在1.0V@152MHz时就只剩53mW的功耗。