Khung đồng bộ hoá

Khung đồng bộ hoá mô tả rõ ràng các phần phụ thuộc giữa các thao tác không đồng bộ khác nhau trong hệ thống đồ hoạ Android. Khung này cung cấp một API cho phép các thành phần cho biết thời điểm phát hành vùng đệm. Khung này cũng cho phép truyền dữ liệu gốc đồng bộ hoá giữa các trình điều khiển từ nhân hệ điều hành vào không gian người dùng và giữa các quy trình của không gian người dùng.

Ví dụ: một ứng dụng có thể thêm công việc vào hàng đợi để thực hiện trong GPU. GPU bắt đầu vẽ hình ảnh đó. Mặc dù hình ảnh chưa được vẽ vào bộ nhớ, con trỏ vùng đệm được truyền đến cửa sổ trình tổng hợp cùng với một hàng rào cho biết thời điểm GPU hoạt động kết thúc. Trình tổng hợp cửa sổ bắt đầu xử lý trước và truyền công việc cho bộ điều khiển hiển thị. Tương tự như vậy, CPU hoạt động được thực hiện trước thời hạn. Sau khi GPU kết thúc, bộ điều khiển hiển thị sẽ hiển thị hình ảnh ngay lập tức.

Khung đồng bộ hoá cũng cho phép người triển khai tận dụng các tài nguyên đồng bộ hoá trong các thành phần phần cứng của riêng họ. Cuối cùng, khung cung cấp khả năng hiển thị trong quy trình đồ hoạ để giúp gỡ lỗi.

Đồng bộ hoá tường minh

Tính năng đồng bộ hoá rõ ràng cho phép nhà sản xuất và người dùng vùng đệm đồ hoạ báo hiệu khi họ đã sử dụng xong vùng đệm. Đồng bộ hoá rõ ràng được triển khai trong không gian nhân.

Sau đây là một số lợi ích của tính năng đồng bộ hoá rõ ràng:

  • Ít sự khác biệt về hành vi giữa các thiết bị
  • Hỗ trợ gỡ lỗi hiệu quả hơn
  • Cải thiện chỉ số kiểm thử

Khung đồng bộ hoá có 3 loại đối tượng:

  • sync_timeline
  • sync_pt
  • sync_fence

đồng bộ hoá dòng thời gian

sync_timeline là dòng thời gian tăng đơn điệu nên triển khai cho từng thực thể trình điều khiển (chẳng hạn như ngữ cảnh GL), bộ điều khiển màn hình hoặc công cụ 2D. sync_timeline đếm số lượng công việc được gửi đến hạt nhân cho một phần cứng cụ thể. sync_timeline đảm bảo về thứ tự của các toán tử và cho phép triển khai theo phần cứng cụ thể.

Hãy làm theo các nguyên tắc sau khi triển khai sync_timeline:

  • Cung cấp tên hữu ích cho tất cả người lái xe, dòng thời gian và hàng rào để đơn giản hoá gỡ lỗi.
  • Triển khai timeline_value_str và pt_value_str trong tiến trình để làm cho kết quả gỡ lỗi dễ đọc hơn.
  • Triển khai driver_data lấp đầy để cung cấp cho các thư viện không gian người dùng, chẳng hạn như thư viện GL, truy cập vào dữ liệu dòng thời gian riêng tư, nếu muốn. data_driver cho phép nhà cung cấp truyền thông tin về thuộc tính bất biến sync_fence và sync_pts để tạo các dòng lệnh dựa trên chúng.
  • Không cho phép không gian người dùng tạo hoặc báo hiệu một hàng rào một cách rõ ràng. Rõ ràng việc tạo ra tín hiệu/hàng rào sẽ dẫn đến cuộc tấn công từ chối dịch vụ tạm dừng chức năng của quy trình.
  • Không truy cập sync_timeline, sync_pt hoặc Các phần tử sync_fence một cách rõ ràng. API cung cấp tất cả các hàm bắt buộc.

đồng bộ hoá

sync_pt là một giá trị hoặc điểm duy nhất trên sync_timeline. Một điểm có 3 trạng thái: đang hoạt động, được báo hiệu và lỗi. Điểm bắt đầu ở trạng thái đang hoạt động và chuyển sang trạng thái báo hiệu hoặc lỗi. Ví dụ: khi một hình ảnh người tiêu dùng không còn cần vùng đệm, sync_pt được báo hiệu để trình tạo hình ảnh biết rằng có thể ghi lại vào bộ đệm.

hàng_bào_đồng_bộ

sync_fence là một tập hợp các giá trị sync_pt thường có nhiều thành phần mẹ sync_timeline (chẳng hạn như cho bộ điều khiển màn hình và GPU). sync_fence, sync_pt và sync_timeline là các nguyên hàm chính mà trình điều khiển và không gian người dùng sử dụng để giao tiếp các phần phụ thuộc của chúng. Khi hàng rào được báo hiệu, tất cả được đưa ra trước hàng rào được đảm bảo hoàn chỉnh vì trình điều khiển nhân hệ điều hành hoặc khối phần cứng sẽ thực thi các lệnh theo thứ tự.

Khung đồng bộ hoá cho phép nhiều thực thể tiêu thụ hoặc thực thể tạo ra tín hiệu khi hoàn tất việc sử dụng vùng đệm, thông báo thông tin phần phụ thuộc bằng một tham số hàm. Hàng rào được hỗ trợ bằng một chỉ số mô tả tệp và được truyền từ không gian nhân hệ điều hành sang không gian người dùng. Ví dụ: một hàng rào có thể chứa hai Giá trị sync_pt biểu thị khi hai đối tượng sử dụng hình ảnh riêng biệt hoàn tất đọc một bộ đệm. Khi hàng rào được báo hiệu, trình tạo hình ảnh sẽ biết rằng cả hai trình tiêu thụ đều đã tiêu thụ xong.

Hàng rào, như giá trị sync_pt, bắt đầu hoạt động và thay đổi trạng thái dựa trên trạng thái điểm của họ. Nếu tất cả giá trị sync_pt được báo hiệu, thì giá trị sync_fence sẽ được báo hiệu. Nếu một sync_pt rơi vào trạng thái lỗi, toàn bộ sync_fence sẽ có trạng thái lỗi.

Thành viên trong sync_fence là không thể thay đổi sau khi hàng rào được đã tạo. Để có nhiều điểm trong một hàng rào, hệ thống sẽ thực hiện quy trình hợp nhất, trong đó các điểm từ hai hàng rào riêng biệt được thêm vào một hàng rào thứ ba. Nếu một trong các điểm đó được báo hiệu trong hàng rào ban đầu và điểm còn lại không được báo hiệu, thì hàng rào thứ ba cũng sẽ không ở trạng thái được báo hiệu.

Để triển khai tính năng đồng bộ hoá rõ ràng, hãy cung cấp những thông tin sau:

  • Một hệ thống con không gian hạt nhân triển khai khung đồng bộ hoá cho một trình điều khiển phần cứng cụ thể. Những người lái xe cần nhận thức được rằng bạn cần nhận thức được rằng thường là mọi thứ truy cập hoặc giao tiếp với Hardware Composer (Trình tổng hợp phần cứng). Các tệp chính bao gồm:
    • Triển khai cốt lõi:
      • kernel/common/include/linux/sync.h
      • kernel/common/drivers/base/sync.c
    • Tài liệu tại kernel/common/Documentation/sync.txt
    • Thư viện để giao tiếp với không gian nhân trong platform/system/core/libsync
  • Nhà cung cấp phải cung cấp dịch vụ đồng bộ hoá phù hợp hàng rào làm tham số cho validateDisplay() và Hàm presentDisplay() trong HAL.
  • Hai tiện ích GL liên quan đến hàng rào (EGL_ANDROID_native_fence_sync và EGL_ANDROID_wait_sync) cũng như hỗ trợ hàng rào trong đồ hoạ trình điều khiển.

Nghiên cứu điển hình: Triển khai trình điều khiển màn hình

Để sử dụng API hỗ trợ chức năng đồng bộ hoá, hãy phát triển trình điều khiển màn hình có chức năng vùng đệm hiển thị. Trước khi có khung đồng bộ hoá, hàm này sẽ nhận các đối tượng dma-buf, đặt các vùng đệm đó trên màn hình và chặn trong khi vùng đệm hiển thị. Ví dụ:

/*
 * assumes buffer is ready to be displayed.  returns when buffer is no longer on
 * screen.
 */
void display_buffer(struct dma_buf *buffer);

Với khung đồng bộ hoá, hàm display_buffer sẽ phức tạp hơn. Trong khi hiển thị vùng đệm, vùng đệm được liên kết với một hàng rào cho biết thời điểm vùng đệm sẽ sẵn sàng. Bạn có thể xếp hàng và bắt đầu công việc sau khi hàng rào được dọn sạch.

Việc xếp hàng đợi và bắt đầu công việc sau khi hàng rào được dọn sạch sẽ không chặn bất kỳ thao tác nào. Bạn sẽ ngay lập tức trả về hàng rào của riêng mình, đảm bảo thời điểm vùng đệm sẽ tắt màn hình. Khi bạn xếp hàng đợi bộ đệm, nhân hệ điều hành sẽ liệt kê các phần phụ thuộc có khung đồng bộ hoá:

/*
 * displays buffer when fence is signaled.  returns immediately with a fence
 * that signals when buffer is no longer displayed.
 */
struct sync_fence* display_buffer(struct dma_buf *buffer, struct sync_fence
*fence);

Tích hợp tính năng đồng bộ hoá

Phần này giải thích cách tích hợp khung đồng bộ hoá không gian nhân hệ điều hành với các phần không gian người dùng của khung Android và các trình điều khiển phải giao tiếp với nhau. Các đối tượng không gian hạt nhân được biểu thị dưới dạng chỉ số mô tả tệp trong không gian người dùng.

Quy ước tích hợp

Tuân thủ các quy ước giao diện HAL (Lớp trừu tượng phần cứng) cho Android:

  • Nếu API cung cấp một chỉ số mô tả tệp tham chiếu đến sync_pt, thì trình điều khiển của nhà cung cấp hoặc HAL sử dụng API phải đóng chỉ số mô tả tệp đó.
  • Nếu trình điều khiển của nhà cung cấp hoặc HAL truyền một chỉ số mô tả tệp chứa sync_pt đến một hàm API, thì trình điều khiển của nhà cung cấp hoặc HAL không được đóng chỉ số mô tả tệp.
  • Để tiếp tục sử dụng chỉ số mô tả tệp của hàng rào, trình điều khiển của nhà cung cấp hoặc HAL (Lớp trừu tượng phần cứng) phải sao chép phần mô tả.

Một đối tượng hàng rào được đổi tên mỗi khi đối tượng đó đi qua BufferQueue. Tính năng hỗ trợ hàng rào hạt nhân cho phép hàng rào có chuỗi tên, vì vậy, quá trình đồng bộ hoá khung sử dụng tên cửa sổ và chỉ mục bộ đệm đang được xếp hàng đợi theo tên hàng rào, chẳng hạn như SurfaceView:0. Chiến dịch này rất hữu ích trong việc gỡ lỗi để xác định nguồn gây tắc nghẽn khi tên xuất hiện trong kết quả của /d/sync và báo cáo lỗi.

Tích hợp ANativeWindow

ANativeWindow nhận biết được hàng rào. dequeueBuffer, queueBuffer và cancelBuffer có tham số hàng rào.

Tích hợp OpenGL ES

Tính năng tích hợp đồng bộ hoá OpenGL ES dựa vào hai tiện ích EGL:

  • EGL_ANDROID_native_fence_sync cung cấp một cách để gói hoặc tạo chỉ số mô tả tệp hàng rào Android gốc trong các đối tượng EGLSyncKHR.
  • EGL_ANDROID_wait_sync cho phép GPU bị tắc nghẽn thay vì CPU, khiến GPU chờ EGLSyncKHR. Chiến lược phát hành đĩa đơn Phần mở rộng EGL_ANDROID_wait_sync giống với EGL_KHR_wait_sync.

Để sử dụng các tiện ích này một cách độc lập, hãy triển khai tiện ích EGL_ANDROID_native_fence_sync cùng với tính năng hỗ trợ hạt nhân liên quan. Tiếp theo, hãy bật EGL_ANDROID_wait_sync tiện ích bổ sung trong trình điều khiển của bạn. Tiện ích EGL_ANDROID_native_fence_sync bao gồm một loại đối tượng hàng rào gốc EGLSyncKHR riêng biệt. Do đó, các tiện ích áp dụng cho các loại đối tượng EGLSyncKHR hiện có không nhất thiết áp dụng cho các đối tượng EGL_ANDROID_native_fence, tránh các hoạt động tương tác không mong muốn.

Tiện ích EGL_ANDROID_native_fence_sync sử dụng thuộc tính chỉ số mô tả tệp hàng rào gốc tương ứng mà bạn chỉ có thể đặt tại thời điểm tạo và không thể truy vấn trực tiếp từ một đối tượng đồng bộ hoá hiện có. Thuộc tính này có thể đặt ở một trong hai chế độ:

  • Trình mô tả tệp hàng rào hợp lệ gói trình mô tả tệp hàng rào Android gốc hiện có trong đối tượng EGLSyncKHR.
  • -1 tạo chỉ số mô tả tệp hàng rào Android gốc từ một Đối tượng EGLSyncKHR.

Sử dụng lệnh gọi hàm DupNativeFenceFD() để trích xuất EGLSyncKHR trong chỉ số mô tả tệp gốc của hàng rào Android. Cách này có kết quả tương tự như truy vấn thuộc tính đã đặt, nhưng tuân thủ quy ước là người nhận đóng hàng rào (do đó là thao tác trùng lặp). Cuối cùng, việc huỷ đối tượng EGLSyncKHR sẽ đóng thuộc tính hàng rào nội bộ.

Tích hợp Hardware Composer

Hardware Composer xử lý 3 loại hàng rào đồng bộ hoá:

  • Lệnh gọi Acquire fence được truyền cùng với vùng đệm đầu vào đến các lệnh gọi setLayerBuffer và setClientTarget. Các đối tượng này biểu thị một lệnh ghi đang chờ xử lý vào bộ đệm và phải báo hiệu trước khi SurfaceFlinger hoặc HWC cố gắng đọc từ vùng đệm liên kết để thực hiện soạn thảo.
  • Release fence (Vùng phát hành) được truy xuất sau lệnh gọi đến presentDisplay bằng lệnh gọi getReleaseFences. Các đối tượng này đại diện cho hoạt động đọc đang chờ xử lý từ vùng đệm trước trên cùng một lớp. Đáp giải phóng tín hiệu hàng rào khi HWC không còn sử dụng vùng đệm trước đó vì bộ đệm hiện tại đã thay thế bộ đệm trước đó trên màn hình. Hàng rào phát hành được chuyển lại cho ứng dụng cùng với các vùng đệm trước đó sẽ được thay thế trong quá trình kết hợp hiện tại. Ứng dụng phải đợi cho đến khi phát hiện tín hiệu hàng rào phát hành trước khi ghi nội dung mới vào vùng đệm được trả về cho chúng.
  • Hàng rào hiện tại được trả về, mỗi khung hình một hàng rào, trong lệnh gọi đến presentDisplay. Hàng rào hiện tại thể hiện thời điểm kết hợp của khung này đã hoàn tất hoặc khi kết quả kết hợp của khung trước đó không còn cần thiết nữa. Cho vật lý hiển thị, presentDisplay sẽ trả về hàng rào hiện tại khi khung hiện tại sẽ xuất hiện trên màn hình. Sau khi hàng rào hiện tại được trả về, có thể ghi an toàn vào bộ đệm mục tiêu SurfaceFlinger, nếu có thể áp dụng. Đối với màn hình ảo, các hàng rào hiện tại sẽ được trả về khi có thể đọc an toàn từ vùng đệm đầu ra.