API Manajemen Buffer Kamera HAL3

Android 10 memperkenalkan API manajemen buffer HAL3 kamera opsional yang memungkinkan Anda mengimplementasikan logika manajemen buffer untuk mencapai memori yang berbeda dan menangkap trade-off latensi dalam implementasi HAL kamera.

Kamera HAL memerlukan N permintaan (di mana N sama dengan kedalaman pipa ) yang diantri dalam pipanya, namun sering kali tidak memerlukan semua N set buffer keluaran pada saat yang bersamaan.

Misalnya, HAL mungkin memiliki delapan permintaan yang diantri dalam alur, namun hanya memerlukan buffer keluaran untuk dua permintaan di tahap terakhir alur. Pada perangkat yang menjalankan Android 9 dan lebih rendah, framework kamera mengalokasikan buffer saat permintaan dimasukkan ke dalam antrean di HAL sehingga mungkin ada enam set buffer di HAL yang tidak digunakan. Di Android 10, API manajemen buffer HAL3 kamera memungkinkan pemisahan buffer output untuk mengosongkan enam set buffer. Hal ini dapat menghemat ratusan megabyte memori pada perangkat kelas atas dan juga bermanfaat untuk perangkat dengan memori rendah.

Gambar 1 menunjukkan diagram antarmuka HAL kamera untuk perangkat yang menjalankan Android 9 dan lebih rendah. Gambar 2 menunjukkan antarmuka HAL kamera di Android 10 dengan implementasi API manajemen buffer HAL3 kamera.

Manajemen buffer di 9 atau lebih rendah

Gambar 1. Antarmuka kamera HAL di Android 9 dan lebih rendah

Manajemen buffer di Android 10

Gambar 2. Antarmuka Kamera HAL di Android 10 menggunakan API manajemen buffer

Menerapkan API manajemen buffer

Untuk mengimplementasikan API manajemen buffer, kamera HAL harus:

Kamera HAL menggunakan metode requestStreamBuffers dan returnStreamBuffers di ICameraDeviceCallback.hal untuk meminta dan mengembalikan buffer. HAL juga harus mengimplementasikan metode signalStreamFlush di ICameraDeviceSession.hal untuk memberi sinyal pada kamera HAL agar mengembalikan buffer.

permintaanStreamBuffers

Gunakan metode requestStreamBuffers untuk meminta buffer dari kerangka kamera. Saat menggunakan API manajemen buffer HAL3 kamera, permintaan pengambilan dari kerangka kamera tidak berisi buffer output, yaitu bidang bufferId di StreamBuffer adalah 0 . Oleh karena itu, kamera HAL harus menggunakan requestStreamBuffers untuk meminta buffer dari kerangka kamera.

Metode requestStreamBuffers memungkinkan pemanggil untuk meminta beberapa buffer dari beberapa aliran output dalam satu panggilan, sehingga memungkinkan lebih sedikit panggilan HIDL IPC. Namun, panggilan membutuhkan waktu lebih lama ketika lebih banyak buffer diminta pada saat yang sama dan hal ini mungkin berdampak negatif terhadap total latensi permintaan hingga hasil. Selain itu, karena panggilan ke requestStreamBuffers diserialkan dalam layanan kamera, disarankan agar kamera HAL menggunakan thread khusus berprioritas tinggi untuk meminta buffer.

Jika permintaan buffer gagal, kamera HAL harus mampu menangani kesalahan nonfatal dengan baik. Daftar berikut menjelaskan alasan umum kegagalan permintaan buffer dan cara menanganinya oleh kamera HAL.

  • Aplikasi terputus dari aliran keluaran: Ini adalah kesalahan nonfatal. Kamera HAL harus mengirimkan ERROR_REQUEST untuk setiap permintaan pengambilan yang menargetkan aliran terputus dan siap memproses permintaan berikutnya secara normal.
  • Batas Waktu: Ini dapat terjadi ketika aplikasi sedang sibuk melakukan pemrosesan intensif sambil menahan beberapa buffer. Kamera HAL harus mengirimkan ERROR_REQUEST untuk permintaan pengambilan yang tidak dapat dipenuhi karena kesalahan batas waktu dan siap untuk memproses permintaan berikutnya secara normal.
  • Kerangka kamera sedang mempersiapkan konfigurasi streaming baru: Kamera HAL harus menunggu hingga panggilan configureStreams berikutnya selesai sebelum memanggil requestStreamBuffers lagi.
  • Kamera HAL telah mencapai batas buffernya (bidang maxBuffers ): Kamera HAL harus menunggu hingga mengembalikan setidaknya satu buffer aliran sebelum memanggil requestStreamBuffers lagi.

returnStreamBuffers

Gunakan metode returnStreamBuffers untuk mengembalikan buffer tambahan ke kerangka kamera. Kamera HAL biasanya mengembalikan buffer ke kerangka kamera melalui metode processCaptureResult , namun hanya dapat memperhitungkan permintaan pengambilan yang telah dikirim ke kamera HAL. Dengan metode requestStreamBuffers , implementasi HAL kamera dapat mempertahankan lebih banyak buffer daripada yang diminta oleh kerangka kamera. Inilah saatnya metode returnStreamBuffers harus digunakan. Jika implementasi HAL tidak pernah menampung buffer lebih dari yang diminta, implementasi HAL kamera tidak perlu memanggil metode returnStreamBuffers .

signalStreamFlush

Metode signalStreamFlush dipanggil oleh kerangka kamera untuk memberi tahu kamera HAL agar mengembalikan semua buffer yang ada. Ini biasanya dipanggil ketika kerangka kamera akan memanggil configureStreams dan harus menguras alur pengambilan kamera. Mirip dengan metode returnStreamBuffers , jika implementasi HAL kamera tidak menampung lebih banyak buffer daripada yang diminta, implementasi metode ini mungkin kosong.

Setelah kerangka kamera memanggil signalStreamFlush , kerangka kerja berhenti mengirimkan permintaan pengambilan baru ke HAL kamera hingga semua buffer dikembalikan ke kerangka kamera. Ketika semua buffer dikembalikan, pemanggilan metode requestStreamBuffers gagal, dan kerangka kamera dapat melanjutkan pekerjaannya dalam keadaan bersih. Kerangka kerja kamera kemudian memanggil metode configureStreams atau processCaptureRequest . Jika kerangka kamera memanggil metode configureStreams , kamera HAL dapat mulai meminta buffer lagi setelah panggilan configureStreams berhasil kembali. Jika kerangka kamera memanggil metode processCaptureRequest , kamera HAL dapat mulai meminta buffer selama panggilan processCaptureRequest .

Semantiknya berbeda untuk metode signalStreamFlush dan metode flush . Ketika metode flush dipanggil, HAL dapat membatalkan permintaan penangkapan yang tertunda dengan ERROR_REQUEST untuk menguras pipeline sesegera mungkin. Ketika metode signalStreamFlush dipanggil, HAL harus menyelesaikan semua permintaan pengambilan yang tertunda secara normal dan mengembalikan semua buffer ke kerangka kamera.

Perbedaan lain antara metode signalStreamFlush dan metode lainnya adalah signalStreamFlush adalah metode HIDL satu arah , yang berarti kerangka kamera mungkin memanggil API pemblokiran lain sebelum HAL menerima panggilan signalStreamFlush . Ini berarti bahwa metode signalStreamFlush dan metode lainnya (khususnya metode configureStreams ) mungkin tiba di HAL kamera dalam urutan yang berbeda dari urutan pemanggilannya dalam kerangka kamera. Untuk mengatasi masalah asinkron ini, bidang streamConfigCounter ditambahkan ke StreamConfiguration dan ditambahkan sebagai argumen ke metode signalStreamFlush . Implementasi HAL kamera harus menggunakan argumen streamConfigCounter untuk menentukan apakah panggilan signalStreamFlush tiba lebih lambat dari panggilan configureStreams yang sesuai. Lihat Gambar 3 sebagai contoh.

Menangani panggilan yang datang terlambat

Gambar 3. Bagaimana kamera HAL harus mendeteksi dan menangani panggilan signalStreamFlush yang datang terlambat

Perubahan perilaku saat mengimplementasikan API manajemen buffer

Saat menggunakan API manajemen buffer untuk mengimplementasikan logika manajemen buffer, pertimbangkan kemungkinan perubahan perilaku berikut pada kamera dan implementasi HAL kamera:

  • Permintaan pengambilan tiba di HAL kamera lebih cepat dan lebih sering: Tanpa API manajemen buffer, framework kamera meminta buffer output untuk setiap permintaan pengambilan sebelum mengirimkan permintaan pengambilan ke HAL kamera. Saat menggunakan API manajemen buffer, kerangka kamera tidak perlu lagi menunggu buffer dan oleh karena itu dapat mengirimkan permintaan pengambilan ke HAL kamera lebih awal.

    Selain itu, tanpa API manajemen buffer, kerangka kamera akan berhenti mengirimkan permintaan pengambilan jika salah satu aliran keluaran permintaan pengambilan telah mencapai jumlah buffer maksimum yang dapat ditampung HAL pada satu waktu (nilai ini ditentukan oleh HAL kamera di Bidang HalStream::maxBuffers dalam nilai kembalian panggilan configureStreams ). Dengan API manajemen buffer, perilaku pembatasan ini tidak ada lagi dan implementasi HAL kamera tidak boleh menerima panggilan processCaptureRequest ketika HAL memiliki terlalu banyak antrean permintaan pengambilan.

  • latensi panggilan requestStreamBuffers sangat bervariasi: Ada banyak alasan mengapa panggilan requestStreamBuffers mungkin memerlukan waktu lebih lama daripada rata-rata. Misalnya:

    • Untuk beberapa buffer pertama dari aliran yang baru dibuat, panggilan bisa memakan waktu lebih lama karena perangkat perlu mengalokasikan memori.
    • Latensi yang diharapkan meningkat sebanding dengan jumlah buffer yang diminta dalam setiap panggilan.
    • Aplikasi menahan buffer dan sedang sibuk memproses. Hal ini dapat menyebabkan permintaan buffer melambat atau mencapai batas waktu karena kurangnya buffer atau CPU sibuk.

Strategi manajemen penyangga

API manajemen buffer memungkinkan penerapan berbagai jenis strategi manajemen buffer. Beberapa contohnya adalah:

  • Kompatibel ke belakang: HAL meminta buffer untuk permintaan penangkapan selama panggilan processCaptureRequest . Strategi ini tidak memberikan penghematan memori apa pun, namun dapat berfungsi sebagai implementasi pertama API manajemen buffer, yang hanya memerlukan sedikit perubahan kode pada HAL kamera yang ada.
  • Penghematan memori yang maksimal: Kamera HAL hanya meminta buffer keluaran segera sebelum buffer perlu diisi. Strategi ini memungkinkan penghematan memori yang maksimal. Potensi kerugiannya adalah lebih banyak saluran kamera yang tersendat ketika permintaan buffer membutuhkan waktu yang sangat lama untuk diselesaikan.
  • Cache: Kamera HAL menyimpan beberapa buffer dalam cache sehingga kecil kemungkinannya terpengaruh oleh permintaan buffer lambat yang sesekali terjadi.

Kamera HAL dapat mengadopsi strategi berbeda untuk kasus penggunaan tertentu, misalnya, menggunakan strategi penghematan memori maksimal untuk kasus penggunaan yang menggunakan banyak memori dan menggunakan strategi kompatibel ke belakang untuk kasus penggunaan lainnya.

Contoh implementasi pada kamera eksternal HAL

Kamera eksternal HAL diperkenalkan di Android 9 dan dapat ditemukan di pohon sumber di hardware/interfaces/camera/device/3.5/ . Di Android 10, telah diperbarui untuk menyertakan ExternalCameraDeviceSession.cpp , sebuah implementasi API manajemen buffer. Kamera eksternal HAL ini menerapkan strategi penghematan memori maksimal yang disebutkan dalam strategi manajemen Buffer dalam beberapa ratus baris kode C++.