Power Management (1)：前言

常常有人有疑問：BIOS在電源管理（Power Managemenet）上扮演什麼角色？如果系統太耗電，是否BIOS可以修正、可以修正到什麼程度？

筆者要提醒電源管理不是單一元件（如BIOS）能夠獨立完成。在今天科技的演變下，電源管理的最佳化已經是硬體（Hardware）+系統韌體（BIOS）+作業系統（OS）皆需配合。

這系列文章的主要目的為討論Run-time的電源管理的基本觀念以及常見的幾種功能。

TARGET AUDIENCES

文章的內容以敘述性為主，技術細節為輔：非BIOS及Kernel工程師可以略過這些細節，也強烈建議BIOS及Kernel工程師閱讀相關技術文件。

如何達到省電的效果？

省電的方法不外乎兩種：

1. 降速裝置（工作模式）：在裝置執行小量程式而不需要全速運行的時候，將裝置的速度（甚至電壓）降低來省電。
2. 關閉裝置（睡眠模式）：在空閒的時候把裝置關閉，等到需要的時候才把裝置重新喚醒。

以上的理論雖然簡單，但是有幾個注意事項：

1. 使用者的感覺：除了在自願的情況下，省電功能要能作到使用者感覺不出差異（User-transparent），所以系統設計必須考慮如何切換最佳速度/最佳電量。如果使用者必須犧牲使用者經驗，那麼使用者就可能放棄省電功能。
2. 實際效果：當裝置回復高速或是重新啟動的時候，除了需要一小段的時間恢復裝置的狀態，也會瞬間使用更多電量。因此過多的開關會造成系統更加耗電，如何避免過多開關變成一個重要的議題。

硬體、韌體及作業系統的角色

硬體是電源管理的核心（因為吃電是硬體）。除了將硬體本身做的低耗電，硬體也要提供「省電功能」讓軟體/韌體使用以達到最佳化的電力使用。依照軟體/韌體的參與程度，約可以把功能分成「主動式」（硬體會自動運作，如ASPM）跟「被動式」（軟體/韌體控制，如CPU的P-State跟C-State）。

長久以來，不佳的系統設計會讓省電功能會造成系統不穩定，（筆者）相信這也是很多省電功能預設關閉的原因。隨著技術的進步這樣的情形也逐漸減少，但卻沒法完全根治。系統設計者（硬體工程師+韌體工程師）必須初期就要開始驗證所有硬體的電源管理功能，以確保硬體能夠達到電源的最佳化。

註：「主動式」及「被動式」為筆者自行的分類，如果有參考文獻會在這邊更新。

韌體要負責設定所有的電源管理，包含在開機過程中開啟「主動式」的省電功能，以及建立資訊（如ACPI Tables）跟提供韌體功能（如SMI），讓作業系統在Run-time的時候使用。

接下來的文章系列會以韌體的角度為主體介紹省電功能，以及要如何驗證他們，也會介紹要如何確認系統韌體已經達到電源管理的最佳化。

作業系統會依照系統參數（如BIOS提供的ACPI Tables跟硬體本身的Timing參數）來動態切換省電功能，來達到省電又不犧牲速度的理想目標。除此之外，作業系統還可以提供使用者省電功能的客製化選項，讓使用者真正的選擇他們在不同的環境下使用他們的資產。

（續：Power Management (2)：省電功能 - CPU）