【Android】Android SurfaceFlinger之VSync

落日映苍穹つ 2022-09-30 03:46 201阅读 0赞

## 1、VSync简介 ##

在Android GUI系统的多缓冲机制中，一个关键性的角色是VSync，充分利用了CPU/GPU与Display的交互机制，让UI表现更流畅。VSync即Vertical Sync，因为Display是逐行扫描的，从上到下，当扫描到最后一行时便返回第一行进行下一轮扫描，从最后一行返回到第一行有一段时间间隔，此时发出一个VSync信号，通知系统进行swap buffer（认为这个时间点swap buffer性能最佳），那么什么是swap buffer呢？swap buffer源于有多个buffer，如果只有一个buffer也就不用swap buffer了。

当只有一个buffer时，首先由CPU/GPU准备好一帧数据写入buffer，然后Display读取buffer并刷新显示buffer中的内容，这里有一个问题，如果CPU/GPU的帧率即fps比Display的刷新频率快的话，新一帧的数据会覆盖旧一帧的数据，导致画面扭曲；于是引入了两个buffer，一个frame buffer即screen buffer，专门用于Display显示，一个backup buffer即off-screen buffer，专门用于CPU/GPU渲染，所以需要swap buffer更新frame buffer中的内容，那么什么时候swap buffer呢？这时就用到了VSync，VSync信号到来时，进行swap buffer并通知CPU/GPU准备下一帧数据，如果没有VSync，CPU/GPU很有可能处于闲置状态，没能即时准备下一帧数据，造成资源浪费；但是VSync也带来了另一个问题，因为保证CPU/GPU帧率与Display刷新频率一致，实际的CPU/GPU帧率将不得超过Display刷新频率，同时如果VSync信号到来时，off-screen buffer还没有完成则不进行swap buffer，Display显示的是前面一帧的数据，出现掉帧现象，而且GPU工作时CPU闲置，fps大幅度下降，所以又引入了三个buffer，第三个buffer在需要时才创建，用以CPU即时渲染，提高fps。

## 2、VSync与SurfaceFlinger ##

在Android系统中，VSync信号可以由硬件触发，也可以由软件模拟，其源码位置在frameworks/native/services/surfaceflinger/DisplayHardware，属于SurfaceFlinger中的内容，在最新的Android 7中，与VSync相关的Hardware Composer已从1.x升级为2.0，使用了大量的C++11，且保留了1.x版本，下面介绍HWC 2.0中的VSync机制。

首先，在HWComposer构造函数中，通过如下的loadHwcModule加载HWC模块，而HWComposer对象在surfaceflinger启动过程中由SurfaceFlinger对象进行初始化时构建。

// 加载Hardware Composer模块
    void HWComposer::loadHwcModule()
    {
        // 1
        // dlopen/dlsym hwcomposer库
        // #define HWC_HARDWARE_MODULE_ID "hwcomposer"
        hw_module_t const* module;
        if (hw_get_module(HWC_HARDWARE_MODULE_ID, &module) != 0) {
            abort();
        }
    
        // 2
        // open composer设备然后mmap对应的fd
        // #define HWC_HARDWARE_COMPOSER "composer"
        hw_device_t* device = nullptr;
        int error = module->methods->open(module, HWC_HARDWARE_COMPOSER, &device);
        if (error != 0) {
            abort();
        }
    
        // 3
        // 根据Hardware Composer版本信息设置Device
        // 这里使用了c++11
        uint32_t majorVersion = (device->version >> 24) & 0xF;
        if (majorVersion == 2) {
            mHwcDevice = std::make_unique<HWC2::Device>(
                    reinterpret_cast<hwc2_device_t*>(device));
        } else {
            mAdapter = std::make_unique<HWC2On1Adapter>(
                    reinterpret_cast<hwc_composer_device_1_t*>(device));
            uint8_t minorVersion = mAdapter->getHwc1MinorVersion();
            if (minorVersion < 1) {
                ALOGE("Cannot adapt to HWC version %d.%d",
                        static_cast<int32_t>((minorVersion >> 8) & 0xF),
                        static_cast<int32_t>(minorVersion & 0xF));
                abort();
            }
            mHwcDevice = std::make_unique<HWC2::Device>(
                    static_cast<hwc2_device_t*>(mAdapter.get()));
        }
    
        mRemainingHwcVirtualDisplays = mHwcDevice->getMaxVirtualDisplayCount();
    }

加载HWC模块，说白了就是处理对应的so，这个so对应的源码位置在hardware/libhardware/modules/hwcomposer，从这里的Android.mk可以看出这是个默认的HWC模块，为hwcomposer.default，也就是说我们可以定制其它的HWC实现。

在VSync的整个实现机制中，有几个概念非常重要：event/message处理、callback、多线程与同步，这些在整个Android系统的各模块中用法类似。例如，对于多线程来说，包括用于Display同步的DispSyncThread，HWC 1.x版本中用于模拟VSync信号的VSyncThread，用于控制整个SurfaceFlinger事件的核心线程EventControlThread以及基本线程EventThread。

……