基于 iOS Sysdiagnose 的耗电自动化测试

一、基本概念

1.1 电量单位

电量（Q）：用 Q 表示，单位是库仑（C）
电流（I）：用 I 表示，单位是安培（A）
时间（t）：用 t 表示，单位是秒（s）
关系式：Q = I × t
单位换算：1A = 1000mA

1.2 电池容量

mAh（毫安时）：手机电池容量常用单位
含义：1000mAh 的电池容量，表示在电流 1000mA 的情况下，可以持续放电 1 小时
mAh 和库仑的关系：
1mAh = 3.6 库仑 1000mAh = 1000mA × 1h = 1000mA × 3600s = 1A × 3600s = 3600 库仑

1.3 能耗单位

mWh（毫瓦时）：能耗单位
mWh 和 mAh 的关系：
mWh = mAh × U（电压）
能量计算公式：
能量 E = 功率 P × 时间 t 功率 P = 电压 U × 电流 I 因此：mWh = U × I × t = U × mAh

二、测试结果

2.1 测试前置条件

手机型号：iPhone 6S
出厂电池容量：1715mAh
测试应用：腾讯会议
Bundle ID：com.tencent.meeting.db.haven
测试时间：1 小时（独占模式）
测试时间段：2021-1-13 16:00 ~ 17:00

2.2 1 小时测试结果

2.2.1 整机耗电量

统计时长：3604s
整机耗电量：574mAh（精准值）

2.2.2 基于能耗计算的耗电量

平均电压：3.885V
模块总能耗：2175679mWh
计算得到总耗电量：mAh = 2175679 / 3885 = 560mAh

2.2.3 应用耗电量

平均电压：3.885V
腾讯会议各模块总能耗：2050807mWh
计算得到腾讯会议总耗电量：mAh = 2050807 / 3885 = 528mAh

2.2.4 数据差异说明

560mAh 和 574mAh 的差距：主要是由于电压存在波动，而计算采用的是平均电压值
应用耗电量小于模块总耗电量：在独占模式下，App 的总耗电量（528mAh）小于模块的总耗电量（560mAh），是由于系统存在其他后台进程

三、iOS Sysdiagnose 的使用方法

3.1 开启系统诊断

下载 Profile（有效期 7 天），并安装到 iOS 设备（可以使用 AirDrop 传递到电脑）
信任 Profile：
打开 iPhone 系统设置 → 通用 → 描述文件
选择信任 System Debug Profile
同步设备信息到电脑：这个同步操作用于保存历史数据
开始测试：
复现问题或开始测试
记录问题出现的日期或时间
再次同步信息到电脑：测试完成后再次同步

⚠️ 注意事项：重启手机会导致 Profile 文件失效

3.2 关闭系统诊断

打开 iPhone 系统设置 → 通用 → 描述文件
选择移除 System Debug Profile
重启手机

3.3 诊断日志存储位置

电池诊断日志文件名以 Powerlog_ 开头，并以 .PLSQL 或 .PLSQL.gz 结尾。

macOS

~/Library/Logs/CrashReporter/MobileDevice/[Your_Device_Name]/

iOS

Settings.app > Privacy > Analytics > Analytics Data

Windows 10

%appdata%\..\Local\Packages\AppleInc.iTunes_devicename\LocalCache\Roaming\AppleComputer\Logs\CrashReporter\MobileDevice\[Your_Device_Name]/DiagnosticLogs/

3.4 同步设备信息（iPhone → Mac）

打开 Finder → 左侧找到对应的设备 → 点击右下角的同步按钮

同步设备信息

四、电池诊断日志分析

电池诊断日志使用数据库进行存储，数据库包含多张表，表数量与 iOS 系统版本相关。例如，iOS 14 系统有 450 张表。

4.1 整机电量表

表名：PLBatteryAgent_EventBackward_Battery

以 20s 的采样频率记录本机的电量、温度、电压、电流等信息，少数样本不受 20s 采样频率限制。

4.1.1 查询示例

SELECT
    datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS time,
    Level,
    RawLevel,
    AbsoluteLevel,
    MaxCapacity,
    AbsoluteCapacity,
    DesignCapacity,
    AppleRawMaxCapacity,
    AppleRawCurrentCapacity
FROM PLBatteryAgent_EventBackward_Battery
WHERE timestamp > 1610503788.63826

整机电量查询结果

4.1.2 字段解释

重要字段：

DesignCapacity：电池出厂容量
iPhone 6S 容量是 1715mAh，查询结果 1690mAh，基本一致
AbsoluteCapacity：电池当前容量

其他字段：

Level：手机显示的电量剩余百分比
RawLevel：剩余时间电量百分比
MaxCapacity：电池最大容量百分比，固定值 100
CurrentCapacity：同 Level，看起来是整型
Voltage：电池当前电压值，存在小幅度的波动

计算字段：

已消耗电量 = AppleRawMaxCapacity – AppleRawCurrentCapacity
电池的实际容量 = AppleRawMaxCapacity – AppleRawCurrentCapacity + AbsoluteCapacity

示例：电池的实际容量计算出来固定为 1380mAh，也就是说 iPhone 6S 的出厂电量为 1690mAh，电池衰退之后目前为 1380mAh

电池容量计算

4.1.3 一小时整机的电量消耗

查询结果：3604.26s 时间内，手机耗电量 574mAh

SELECT
    t1.start_ts,
    t1.start_cap,
    t1.start_time,
    t2.end_cap,
    t2.end_ts,
    t2.end_time,
    (t2.end_ts - t1.start_ts) AS delta_ts,
    (t1.start_cap - t2.end_cap) AS delta_cap
FROM
    (
        SELECT
            datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS start_time,
            timestamp AS start_ts,
            AbsoluteCapacity AS start_cap
        FROM PLBatteryAgent_EventBackward_Battery
        WHERE timestamp >= 1610524800 AND IsCharging = 0
        ORDER BY start_time
        LIMIT 1
    ) t1,
    (
        SELECT
            datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS end_time,
            timestamp AS end_ts,
            AbsoluteCapacity AS end_cap
        FROM PLBatteryAgent_EventBackward_Battery
        WHERE timestamp >= 1610524800 + 3600 AND IsCharging = 0
        ORDER BY end_time
        LIMIT 1
    ) t2

一小时整机耗电量查询结果

4.2 节点关系表

表名：PLAccountingOperator_EventNone_Nodes

硬件模块和 APP 在其他表的信息统计统一使用的 NodeId，通过这个表可以知道具体 NodeId 对应的硬件模块或者 APP。

4.2.1 查询示例

SELECT * FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes;

节点关系表查询结果

4.2.2 字段解释

IsPermanent：Node ID 是否固定不变
硬件模块的 Node ID 是固定不变的
APP 的 Node ID 可能发生变化（比如 APP 卸载重装）

4.3 节点耗电详情表

表名：PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy

耗电详情表按小时统计数据，统计数据写入数据库表有一个小时的延迟。

示例：统计 9~10 点的耗电详情，可能要等到 11 点才能拿到完整的统计数据

4.3.1 字段解释

Energy：能耗，单位 mWh，mWh = mAh × 电压

4.3.2 一小时整机能耗详情

查询结果：总能耗为 2175679.927882，16:00~17:00 平均电压为 3.885V

mAh = 2175679 / 3885 = 560mAh

这个数值和 2.2.1 例子中的 574mAh 基本一致。

查询总能耗：

-- 查询总能耗
SELECT
    datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS time,
    timestamp,
    sum(Energy) AS total_energy
FROM PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy
WHERE timestamp = 1610525013.0
ORDER BY time

查询各个模块的能耗：

-- 查询各个模块的能耗
SELECT
    datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS time,
    timestamp,
    sum(Energy) AS total_energy,
    RootNodeID,
    (SELECT Name FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes WHERE ID = PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy.RootNodeID) AS RootNodeName
FROM PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy
WHERE timestamp >= 1610525013.0
GROUP BY RootNodeID, timestamp
ORDER BY time

整机能耗详情

4.3.3 一小时应用能耗详情

查询结果：总能耗为 2050807，16:00~17:00 平均电压为 3.885V

mAh = 2050807 / 3885 = 528mAh

APP 总能耗：

-- APP 总能耗
SELECT
    datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS time,
    timestamp,
    sum(Energy),
    NodeID,
    (SELECT Name FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes WHERE ID = PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy.NodeID) AS NodeName
FROM PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy
WHERE NodeID = (SELECT ID FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes WHERE Name = 'com.tencent.meeting.db.haven')
    AND timestamp = 1610525013.0
ORDER BY time

APP 各模块能耗：

-- APP 各模块能耗
SELECT
    datetime(timestamp, 'unixepoch', 'localtime') AS time,
    timestamp,
    ID,
    timeInterval,
    Energy,
    NodeID,
    (SELECT Name FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes WHERE ID = PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy.NodeID) AS NodeName,
    RootNodeID,
    (SELECT Name FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes WHERE ID = PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy.RootNodeID) AS RootNodeName
FROM PLAccountingOperator_Aggregate_RootNodeEnergy
WHERE NodeID = (SELECT ID FROM PLAccountingOperator_EventNone_Nodes WHERE Name = 'com.tencent.meeting.db.haven')
    AND timestamp = 1610525013.0
ORDER BY time

应用能耗详情

五、电量自动化测试

电量自动化需要借助一个 USB 控制电路板，用于控制手机充断电。电源线无法直连 Mac 的原因是因为 USB 控制面板只有 Windows 版本。

连接示意图和流程如下：

电量自动化测试连接示意图

六、电量日志自动解析

6.1 目标

自动分析应用能耗和变化趋势：
每次测试整机的能耗变化趋势
应用能耗的变化趋势
能耗变化自动输出：
当应用能耗发生变化时，能够自动输出应用能耗分布详情
能够直观地看到变化的部分

6.2 分析视图

电量日志分析视图

6.2.1 系统电量百分比

观察手机电量的变化趋势，每次电量测试的时候，手机都是断电状态。

断电：对应下行曲线
充电：对应上行曲线

由 PLBatteryAgent_EventBackward_Battery 原始数据得到绘制曲线

6.2.2 系统每小时电量

系统电量百分比只能看到系统的电量变化趋势，并不能直观地看到系统每小时的耗电量，这也是系统每小时电量视图存在的原因。

它是由 PLBatteryAgent_EventBackward_Battery 原始表数据，计算每个整点的电量差值而得到绘制曲线

6.2.3 应用每小时能耗

存在实际能耗和每小时能耗两条曲线的原因：

当应用的测试时间不足一个小时时，实际能耗要转换为每小时能耗，这样才方便能耗的对比
建议：每次测试时间都是从整点开始跑满一个小时

6.2.4 应用每小时耗电量

应用每小时耗电量是根据应用的能耗和电压计算而来的，目的主要是为了方便得出应用的具体耗电量，这样也方便和整机的耗电量进行对比。

注意：由于电压取的是一个小时的平均值，所以应用每小时计算出的耗电量和实际的耗电量可能存在小量误差

七、常见问题

7.1 电量日志时间戳无法更新

问题：有些手机在获取电量日志的时候，可能存在电量日志时间戳无法更新的情况

解决方法：目前知道的解决方法是还原系统

7.2 为什么存在实际能耗和每小时能耗

主要是由于测试时间可能不足一个小时，统一换算成每小时能耗，方便对比。

八、电量分析方法对比

方法名	优点	缺点	方法改进
人眼计时法	简单，不需要辅助工具	无法拿到精准的电量数据电量 100% 并不是 100% 需要人工参与，效率低无法精准到具体的模块耗电	电量从 100% 下降到 99% 开始记时测试电量 100%，仍然充电 20 分钟
Instruments 提供的能量日志方法	数据展示直观分模块统计能耗等级和时长	仍然无法拿到精准的电量数据 mAh 模块划分比较粗糙 GPU、摄像头、视频编解码芯片的耗电量仍然不可知	–
苹果系统诊断方法	提供系统、应用、模块的电量详情	非公开方式，无文档说明数据库包含多张数据表，iOS 12 有多达 406 张表电量是按小时统计，只能整点开始测试	挑选出几张核心的数据表

8.1 自动化改进

即使有苹果提供的系统电量诊断方法，进行电量测试依然需要人工介入，费时费力，主要表现在：

每次测试前需要充电
测试过程中需要断电
只能整点开始测试
测试结束之后需要等待 2、3 个小时之后才能拿到测试数据
测试数据需要从 iPhone 手工同步到电脑上进行分析

一轮测试下来基本需要耗费几个小时

8.2 计算方法说明

通过能耗和电压去计算系统的整机耗电量，和应用的耗电量。

九、电量优化建议

9.1 平台优化建议

平台	优化建议
mac	Timer 优化冗余布局约束冗余控件刷新减少音频动画优先使用集成显卡
Windows	减少音频动画优先使用集成显卡减少链路格式
Android	减少音频动画视频显示方式由先放大后截取修改为缩小显示上下黑边开启硬编硬解
iOS	待补充

9.2 iOS 平台优化建议

注意：iOS 平台的优化建议需要根据实际测试结果和性能分析进行补充

参考资料

浏览量: 17