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Marco de sincronización

El marco de sincronización describe explícitamente las dependencias entre diferentes operaciones asincrónicas en el sistema de gráficos de Android. El marco proporciona una API que permite que los componentes indiquen cuándo se liberan los búferes. El marco también permite que las primitivas de sincronización se pasen entre los controladores del kernel al espacio de usuario y entre los propios procesos del espacio de usuario.

Por ejemplo, una aplicación puede poner en cola el trabajo que se realizará en la GPU. La GPU comienza a dibujar esa imagen. Aunque la imagen aún no se ha dibujado en la memoria, el puntero del búfer se pasa al compositor de la ventana junto con una valla que indica cuándo finalizará el trabajo de la GPU. El compositor de ventanas comienza a procesar con anticipación y pasa el trabajo al controlador de pantalla. De manera similar, el trabajo de la CPU se realiza con anticipación. Una vez que finaliza la GPU, el controlador de pantalla muestra inmediatamente la imagen.

El marco de sincronización también permite a los implementadores aprovechar los recursos de sincronización en sus propios componentes de hardware. Por último, el marco proporciona visibilidad de la canalización de gráficos para ayudar con la depuración.

Sincronización explícita

La sincronización explícita permite a los productores y consumidores de búferes gráficos señalar cuando terminan de usar un búfer. La sincronización explícita se implementa en el espacio del kernel.

Los beneficios de la sincronización explícita incluyen:

  • Menor variación de comportamiento entre dispositivos
  • Mejor soporte de depuración
  • Métricas de prueba mejoradas

El marco de sincronización tiene tres tipos de objetos:

  • sync_timeline
  • sync_pt
  • sync_fence

sync_timeline

sync_timeline es una línea de tiempo que aumenta monótonamente que los proveedores deben implementar para cada instancia de controlador, como un contexto GL, controlador de pantalla o blitter 2D. sync_timeline cuenta los trabajos enviados al kernel para una pieza de hardware en particular. sync_timeline proporciona garantías sobre el orden de las operaciones y permite implementaciones específicas de hardware.

Siga estas pautas al implementar sync_timeline :

  • Proporcione nombres útiles para todos los controladores, líneas de tiempo y vallas para simplificar la depuración.
  • Implemente los operadores timeline_value_str y pt_value_str en las líneas de tiempo para que la salida de depuración sea más legible.
  • Implemente el driver_data relleno para dar a las bibliotecas de espacio de usuario, como la biblioteca GL, acceso a datos privados de la línea de tiempo, si lo desea. data_driver permite a los proveedores pasar información sobre sync_fence y sync_pts inmutables para construir líneas de comando basadas en ellos.
  • No permita que el espacio de usuario cree o señale explícitamente una valla. La creación explícita de señales / vallas da como resultado un ataque de denegación de servicio que detiene la funcionalidad de la canalización.
  • No acceda explícitamente a los elementos sync_timeline , sync_pt o sync_fence . La API proporciona todas las funciones necesarias.

sync_pt

sync_pt es un valor único o punto en una línea de tiempo sync_timeline . Un punto tiene tres estados: activo, señalado y error. Los puntos comienzan en el estado activo y pasan a los estados señalizados o de error. Por ejemplo, cuando un consumidor de imágenes ya no necesita un búfer, se sync_pt un sync_pt para que el productor de imágenes sepa que está bien volver a escribir en el búfer.

sync_fence

sync_fence es una colección de valores sync_pt que a menudo tienen diferentes padres sync_timeline (como para el controlador de pantalla y la GPU). sync_fence , sync_pt y sync_timeline son las principales primitivas que utilizan los controladores y el espacio de usuario para comunicar sus dependencias. Cuando se señala una valla, se garantiza que todos los comandos emitidos antes de la valla están completos porque el controlador del kernel o el bloque de hardware ejecuta los comandos en orden.

El marco de sincronización permite que varios consumidores o productores señalen cuando terminan de usar un búfer, comunicando la información de dependencia con un parámetro de función. Las cercas están respaldadas por un descriptor de archivo y se pasan del espacio del kernel al espacio de usuario. Por ejemplo, una valla puede contener dos valores sync_pt que significan cuando dos consumidores de imágenes separados terminan de leer un búfer. Cuando se señala la valla, los productores de imágenes saben que ambos consumidores han terminado de consumir.

Las vallas, como los valores sync_pt , comienzan activas y cambian de estado según el estado de sus puntos. Si todos los valores sync_pt se señalan, sync_fence se señaliza. Si un sync_pt cae en un estado de error, todo sync_fence tiene un estado de error.

La membresía en un sync_fence es inmutable después de que se crea el cercado. Para obtener más de un punto en una cerca, se lleva a cabo una fusión donde los puntos de dos cercas distintas se agregan a una tercera cerca. Si uno de esos puntos fue señalado en la cerca de origen y el otro no, la tercera cerca tampoco estará en un estado señalado.

Para implementar la sincronización explícita, proporcione lo siguiente:

  • Un subsistema de espacio de kernel que implementa el marco de sincronización para un controlador de hardware en particular. Los controladores que deben ser conscientes de la cerca son generalmente cualquier cosa que acceda o se comunique con el Compositor de hardware. Los archivos clave incluyen:
    • Implementación central:
      • kernel/common/include/linux/sync.h
      • kernel/common/drivers/base/sync.c
    • Documentación en kernel/common/Documentation/sync.txt
    • Biblioteca para comunicarse con el espacio del kernel en la platform/system/core/libsync
  • El proveedor debe proporcionar las vallas de sincronización adecuadas como parámetros para las funciones validateDisplay() y presentDisplay() en la HAL.
  • Dos extensiones GL relacionadas con EGL_ANDROID_native_fence_sync ( EGL_ANDROID_native_fence_sync y EGL_ANDROID_wait_sync ) y compatibilidad con vallas en el controlador de gráficos.

Estudio de caso: implementación de un controlador de pantalla

Para utilizar la API que admite la función de sincronización, desarrolle un controlador de pantalla que tenga una función de búfer de pantalla. Antes de que existiera el marco de sincronización, esta función recibiría objetos dma-buf , dma-buf esos búferes en la pantalla y se bloquearía mientras el búfer estaba visible. Por ejemplo:

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

Con el marco de sincronización, la función display_buffer es más compleja. Al poner un búfer en exhibición, el búfer se asocia con un cercado que indica cuándo estará listo el búfer. Puede hacer cola e iniciar el trabajo después de que se despeje la cerca.

Hacer cola e iniciar el trabajo después de que se despeje la cerca no bloquea nada. Inmediatamente devuelve su propia valla, lo que garantiza cuando el búfer estará fuera de la pantalla. A medida que pone en cola los búferes, el kernel enumera las dependencias con el marco de sincronización:

/*
 * 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);

Integración sincronizada

Esta sección explica cómo integrar el marco de sincronización del espacio del kernel con las partes del espacio de usuario del marco de Android y los controladores que deben comunicarse entre sí. Los objetos del espacio del núcleo se representan como descriptores de archivo en el espacio de usuario.

Convenciones de integración

Siga las convenciones de la interfaz de Android HAL:

  • Si la API proporciona un descriptor de archivo que hace referencia a sync_pt , el controlador del proveedor o la HAL que usa la API debe cerrar el descriptor de archivo.
  • Si el controlador del proveedor o HAL pasa un descriptor de archivo que contiene un sync_pt a una función de API, el controlador del proveedor o HAL no deben cerrar el descriptor de archivo.
  • Para continuar usando el descriptor de archivo de valla, el controlador del proveedor o el HAL deben duplicar el descriptor.

Un objeto de valla cambia de nombre cada vez que pasa por BufferQueue. El soporte de la valla de kernel permite que las vallas tengan cadenas para los nombres, por lo que el marco de sincronización usa el nombre de la ventana y el índice de búfer que se pone en cola para nombrar la valla, como SurfaceView:0 . Esto es útil en la depuración para identificar el origen de un interbloqueo ya que los nombres aparecen en la salida de /d/sync y los informes de errores.

Integración ANativeWindow

ANativeWindow es consciente de la valla. dequeueBuffer , queueBuffer y cancelBuffer tienen parámetros de valla.

Integración OpenGL ES

La integración de sincronización de OpenGL ES se basa en dos extensiones EGL:

  • EGL_ANDROID_native_fence_sync proporciona una forma de envolver o crear descriptores de archivos de valla nativos de Android en objetos EGLSyncKHR .
  • EGL_ANDROID_wait_sync permite paradas en el lado de la GPU en lugar de en el lado de la CPU, lo que hace que la GPU espere a EGLSyncKHR . La extensión EGL_ANDROID_wait_sync es la misma que la extensión EGL_KHR_wait_sync .

Para usar estas extensiones de forma independiente, implemente la extensión EGL_ANDROID_native_fence_sync junto con el soporte del kernel asociado. A continuación, habilite la extensión EGL_ANDROID_wait_sync en su controlador. La extensión EGL_ANDROID_native_fence_sync consta de un tipo de objeto EGLSyncKHR cerca nativo distinto. Como resultado, las extensiones que se aplican a los tipos de objetos EGLSyncKHR existentes no se aplican necesariamente a los objetos EGL_ANDROID_native_fence , evitando interacciones no deseadas.

La extensión EGL_ANDROID_native_fence_sync emplea un atributo de descriptor de archivo de cerca nativo correspondiente que se puede configurar solo en el momento de la creación y no se puede consultar directamente desde un objeto de sincronización existente. Este atributo se puede establecer en uno de dos modos:

  • Un descriptor de archivo de valla válido envuelve un descriptor de archivo de valla nativo de Android existente en un objeto EGLSyncKHR .
  • -1 crea un descriptor de archivo de valla de Android nativo a partir de un objeto EGLSyncKHR .

Utilice la llamada a la función DupNativeFenceFD() para extraer el objeto EGLSyncKHR del descriptor de archivo de valla nativo de Android. Esto tiene el mismo resultado que consultar el atributo set, pero se adhiere a la convención de que el destinatario cierra la cerca (de ahí la operación duplicada). Finalmente, destruir el objeto EGLSyncKHR cierra el atributo de valla interna.

Integración de Hardware Composer

Hardware Composer maneja tres tipos de vallas de sincronización:

  • Las vallas de setLayerBuffer se pasan junto con los búferes de entrada a las llamadas setLayerBuffer y setClientTarget . Estos representan una escritura pendiente en el búfer y deben señalar antes de que SurfaceFlinger o el HWC intenten leer del búfer asociado para realizar la composición.
  • Vallas de liberación se recuperan después de la llamada a presentDisplay utilizando el getReleaseFences llamada. Estos representan una lectura pendiente del búfer anterior en la misma capa. Una barrera de liberación señala cuando el HWC ya no está usando el búfer anterior porque el búfer actual ha reemplazado al búfer anterior en la pantalla. Las vallas de liberación se devuelven a la aplicación junto con los búferes anteriores que se reemplazarán durante la composición actual. La aplicación debe esperar hasta que se indique una valla de liberación antes de escribir nuevos contenidos en el búfer que se les devolvió.
  • Las vallas presentes se devuelven, una por cuadro, como parte de la llamada a presentDisplay . Las vallas actuales representan cuando la composición de este marco se ha completado, o alternativamente, cuando el resultado de la composición del marco anterior ya no es necesario. En el caso de las pantallas físicas, presentDisplay devuelve las vallas actuales cuando el marco actual aparece en la pantalla. Una vez que se devuelven las cercas actuales, es seguro volver a escribir en el búfer de destino SurfaceFlinger, si corresponde. Para las pantallas virtuales, las vallas actuales se devuelven cuando es seguro leer desde el búfer de salida.