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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，動態電源管理）則是另一個可評估的選擇，以下我們將對此逐一說明理由。 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年發布首版標準以來已經使用超過10年的時間，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，由此來看真的需要選用ACPI之外的省電標準嗎？ 這樣的疑問，主要是以Windows、Mac OS X等操作系統所發出的觀點，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得依循ACPI規范。舉例來說，2003年國際信息大廠（注1）開始積極于商用市場推行Linux PC，當時的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：DPM的架構圖，圖中可見DPM可控管多項硬件，包括電源供應器、系統頻率產生器、內存控制器、處理器等。 ACPI依舊要與BIOS互動 其次，ACPI訂立的初衷，是期望讓操作系統直接進行電源管理，言下之意是取代APM，APM是在BIOS的韌體層面來進行省電管理，ACPI則希望一切都改由OS的軟件層面來管理，或至少要大幅降低對韌體層的功效依賴。 不過，在后續的實際發展上似乎未能實現初衷，甚至有反其道的跡象，首版ACPI提出時是由Intel、Microsoft、Toshiba等三家業者所共同訂定，并沒有BIOS業者（如AMI、Phoenix等）的參與，就BIOS業者的角度來看，ACPI是稀釋其BIOS功效價值的標準，對ACPI自然是采抵抗姿態，然之后ACPI標準進行改版（2000年的2.0版），開始有BIOS業者的參與制訂，由此可知：ACPI不僅沒有達到架空BIOS的目的，依舊對BIOS有程度上的依賴，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技術的開發設計者而言就必須關注，OS與BIOS相依的結果將會影響設計。 舉例而言，截至目前為止Microsoft Windows所用的BIOS是傳統的BIOS，也就是以真實模式、16-bit指令執行的BIOS程序，此是打從1981年IBM PC推出以來就有的不成文標準，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。 由此來看，Mac OS X無法使用傳統BIOS，Windows也無法支持先進的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用更簡潔（去除繁瑣、復雜細節）、更具結構性的方式來與BIOS協同運作，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：DPM的運作狀態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。 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 說明到目前為止其實仍不會覺得問題嚴重，PC的主流OS僅一、二種，同樣的主流BIOS也僅來自于一、二家業者，很少有機會用到主流以外OS或BIOS，因此有無交換性、替換彈性似乎也無關緊要。且看來看去，影響最多的恐怕是Linux，Linux在ACPI方面的支持進度與完整性必是落后于Windows，數年前還是以APM為主。 同時Linux的優勢在于平臺移攜性（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，并沒有更多的跨平臺想法，所以轉移至x86后，可以更專致于擁抱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勢。 所以，Linux確實比Windows、Mac OS X更需要一套真正不與韌體關連的電源機制，以便伴隨Linux移植至各硬件平臺時都仍能持續適用并發揮功效，若以此角度來審視則ACPI并不適合Linux，或至多只適合Linux PC。 ACPI不適合嵌入式系統 進一步的，也因為Linux具有高度移攜性，所以今日許多的嵌入式系統都以Linux為其操作系統，此時的Linux成為嵌入式操作系統，在此種運用下ACPI就更不適合Linux。 關于此，對嵌入式設計有概念者，即能很快了解個中的不適性，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的應用，這類型的應用講求同時執行多個應用程序，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，程序的執行個數固定，運算資源、硬件資源講究重點式分配、優先權式分配，并強調關鍵程序的執行速度反應。可見一般性用途的操作系統與嵌入式操作系統（也多半是實時操作系統）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，必會影響執行運作的實時表現。 △圖說：就高層次的角度來看DPM的技術提案，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 如此看來問題似乎更小，一方面不是Windows、Mac OS X等操作系統的問題，另一方面也不是Linux PC的問題，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題。 這樣的觀點并沒有錯，但若是從今日的各種發展趨勢來看，就會發現這樣的觀點并不完全。首先，現在有愈來愈多的嵌入式應用是實行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異。 不僅如此，PC架構的服務器也有朝嵌入式發展的取向，伺服應用機（Server Appliance）（注2）、NAS（Network Attached Storage）、刀鋒服務器（Blade Server）等即是此取向的代表，此類型的機器設備都具有一個共通點，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效能。 如此看來，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時處理的需求，但仍有很大比重都需要實時性，包括視訊編譯碼、網絡協議傳輸等，如此也就需要更能支持與呼應嵌入式實時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：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－動態電源管理 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、呼應支持實時處理等的電源管理機制，而這些要求的答案就指向一套開放原碼的自由軟件項目：DPM（動態電源管理）。 先說明移攜性，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，后續發展也將會支持更多類型的硬件平臺。 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，事實上DPM極大的一項特點就在于支持動態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可實時偵測并通知CPU改變工作電壓及頻率，從偵測到確實因應變化僅需十數毫秒的時間。 此外，也因為發展之初就以高度移攜跨用為目標，所以DPM也較少BIOS相依性的問題，同時也針對嵌入式應用、實時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行電能管控。且更重要的是，只要透過包裝程序（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，今日無論2.4版或2.6版核心的Linux都已能使用DPM。 △圖說：DPM技術支持各種處理器，其中也包括IBM的PowerPC 405LP，405LP可動態調整其核心工作電壓，從1.0V～1.8V，DPM可呼應、支持此一動態調整。 從「專用」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、服務器等。相對的多樣性開拓、專用性發展的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、大宗性生產的PC上，進而達到極大的普及優勢，但卻難以脫離信息產品的領域。 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，倘若發展趨勢不變，往后大宗、主流的地位版圖將會轉變。 △圖說：圖中可見，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時用電達500mW，但在1.0V@152MHz時就只剩53mW的功耗。 |
