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 vùng đệm được phát hành. Khung này cũng cho phép truyền các nguyên hàm đồng bộ hoá giữa các trình điều khiển từ nhân đến không gian người dùng và giữa chính các quy trình không gian người dùng.

Ví dụ: một ứng dụng có thể xếp hàng công việc cần thực hiện trong GPU. GPU bắt đầu vẽ hình ảnh đó. Mặc dù hình ảnh chưa được vẽ vào bộ nhớ, nhưng con trỏ vùng đệm được truyền đến trình tổng hợp cửa sổ cùng với một hàng rào cho biết thời điểm công việc của GPU sẽ hoàn tất. Trình tổng hợp cửa sổ bắt đầu xử lý trước thời hạn và truyền công việc đến bộ điều khiển màn hình. Tương tự, công việc của CPU được thực hiện trước thời hạn. Sau khi GPU hoàn tất, bộ điều khiển màn hình sẽ hiển thị ngay hình ảnh.

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

Đồng bộ hoá rõ ràng

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

Các lợi ích của tính năng đồng bộ hoá rõ ràng bao gồm:

  • Ít biến đổi hành vi giữa các thiết bị
  • Hỗ trợ gỡ lỗi tốt hơn
  • Cải thiện các chỉ số kiểm thử

Khung đồng bộ hoá có 3 loại đối tượng:

  • sync_timeline
  • sync_pt
  • sync_fence

sync_timeline

sync_timeline là một dòng thời gian tăng đơn điệu mà nhà cung cấp nên triển khai cho từng thực thể trình điều khiển, chẳng hạn như ngữ cảnh GL, bộ điều khiển màn hình hoặc blitter 2D. sync_timeline đếm các công việc được gửi đến nhân cho một phần cứng cụ thể. sync_timeline đảm bảo thứ tự của các thao tác và cho phép triển khai theo phần cứng cụ thể.

Hãy tuân thủ những nguyên tắc sau đây khi triển khai sync_timeline:

  • Cung cấp tên hữu ích cho tất cả trình điều khiển, dòng thời gian và hàng rào để đơn giản hoá việc gỡ lỗi
  • Triển khai các toán tử timeline_value_str và pt_value_str trong dòng thời gian để giúp đầu ra gỡ lỗi dễ đọc hơn.
  • Triển khai điền driver_data để cấp cho các thư viện không gian người dùng, chẳng hạn như thư viện GL, quyền truy cập vào dữ liệu dòng thời gian riêng tư, nếu cần. data_driver cho phép nhà cung cấp truyền thông tin về sync_fence và sync_pts bất biến để xây dựng các dòng lệnh dựa trên các thông tin đó.
  • Không cho phép không gian người dùng tạo hoặc báo hiệu rõ ràng một hàng rào. Việc tạo rõ ràng các tín hiệu/hàng rào sẽ dẫn đến cuộc tấn công từ chối dịch vụ làm dừng chức năng của quy trình.
  • Không truy cập rõ ràng các phần tử sync_timeline, sync_pt hoặc sync_fence. API cung cấp tất cả các hàm bắt buộc.

sync_pt

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. Các điểm bắt đầu ở trạng thái đang hoạt động và chuyển sang trạng thái được báo hiệu hoặc lỗi. Ví dụ: khi người tiêu dùng hình ảnh không còn cần vùng đệm nữa, sync_pt sẽ được báo hiệu để nhà sản xuất hình ảnh biết rằng họ có thể ghi lại vào vùng đệm.

sync_fence

sync_fence là một tập hợp các giá trị sync_pt thường có các đối tượng mẹ sync_timeline khác nhau (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 truyền đạt các phần phụ thuộc của chúng. Khi một hàng rào được báo hiệu, tất cả các lệnh được phát hành trước hàng rào sẽ hoàn tất vì trình điều khiển nhân hoặc khối phần cứng thực thi các lệnh theo thứ tự.

Khung đồng bộ hoá cho phép nhiều người tiêu dùng hoặc nhà sản xuất báo hiệu khi họ sử dụng xong vùng đệm, truyền đạt thông tin phụ thuộc bằng một tham số hàm. Hàng rào được hỗ trợ bởi một chỉ số mô tả tệp và được truyền từ không gian nhân đến không gian người dùng. Ví dụ: một hàng rào có thể chứa 2 giá trị sync_pt cho biết thời điểm 2 người tiêu dùng hình ảnh riêng biệt đọc xong vùng đệm. Khi hàng rào được báo hiệu, nhà sản xuất hình ảnh biết rằng cả 2 người tiêu dùng đều đã tiêu thụ xong.

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

Tư cách thành viên trong sync_fence là bất biến sau khi hàng rào được tạo. Để có nhiều điểm trong một hàng rào, quá trình hợp nhất sẽ được tiến hành, trong đó các điểm từ 2 hàng rào riêng biệt được thêm vào hàng rào thứ 3. 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 3 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 nhân triển khai khung đồng bộ hoá cho một trình điều khiển phần cứng cụ thể. Các trình điều khiển cần nhận biết hàng rào thường là mọi thứ truy cập hoặc giao tiếp với Trình tổng hợp phần cứng (HWC). 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 các hàng rào đồng bộ hoá thích hợp làm tham số cho các hàm validateDisplay() và presentDisplay() trong lớp trừu tượng phần cứng (HAL).
  • 2 tiện ích GL liên quan đến hàng rào (EGL_ANDROID_native_fence_sync và EGL_ANDROID_wait_sync) và hỗ trợ hàng rào trong trình điều khiển đồ hoạ.

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

Để sử dụng API hỗ trợ hàm đồng bộ hoá, hãy phát triển trình điều khiển màn hình có hàm vùng đệm màn hình. Trước khi khung đồng bộ hoá tồn tại, 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 đặt vùng đệm trên màn hình, vùng đệm sẽ được liên kết với một hàng rào cho biết thời điểm vùng đệm sẽ sẵn sàng. Bạn có thể xếp hàng đợi và bắt đầu công việc sau khi hàng rào được xoá.

Việc xếp hàng và bắt đầu công việc sau khi hàng rào được xoá sẽ không chặn bất cứ điều gì. Bạn sẽ trả về ngay hàng rào của riêng mình, hàng rào này sẽ báo hiệu thời điểm vùng đệm sẽ tắt trên màn hình. Khi bạn xếp hàng các vùng đệm, nhân sẽ liệt kê các phần phụ thuộc với 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 đồng bộ hoá

Phần này giải thích cách tích hợp khung đồng bộ hoá không gian nhân 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 nhân được biểu thị dưới dạng bộ mô tả tệp trong không gian người dùng.

Quy ước tích hợp

Hãy tuân thủ các quy ước về giao diện HAL 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 (Lớp trừu tượng phần cứng) sử dụng API phải đóng chỉ số mô tả tệp.
  • Nếu trình điều khiển của nhà cung cấp hoặc HAL truyền một chỉ số mô tả tệp chứa a 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 bộ mô tả tệp hàng rào, trình điều khiển của nhà cung cấp hoặc HAL phải sao chép bộ mô tả.

Đối tượng hàng rào được đổi tên mỗi khi đi qua BufferQueue. Tính năng hỗ trợ hàng rào nhân cho phép hàng rào có các chuỗi cho tên, vì vậy, khung đồng bộ hoá sử dụng tên cửa sổ và chỉ mục vùng đệm đang được xếp hàng để đặt tên cho hàng rào, chẳng hạn như SurfaceView:0. Điều này hữu ích trong việc gỡ lỗi để xác định nguồn gốc của tình trạng tắc nghẽn vì tên xuất hiện trong đầu ra của /d/sync và báo cáo lỗi.

Tích hợp ANativeWindow

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

Tích hợp OpenGL ES

Việc tích hợp đồng bộ hoá OpenGL ES dựa vào 2 tiện ích EGL:

  • EGL_ANDROID_native_fence_sync cung cấp một cách để gói hoặc tạo bộ mô tả tệp hàng rào Android gốc trong các đối tượng EGLSyncKHR.
  • EGL_ANDROID_wait_sync cho phép các điểm dừng phía GPU thay vì phía CPU, khiến GPU chờ EGLSyncKHR. Tiện ích EGL_ANDROID_wait_sync giống với tiện ích 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 nhân được liên kết. Tiếp theo, hãy bật tiện ích EGL_ANDROID_wait_sync trong trình điều khiển. Tiện ích EGL_ANDROID_native_fence_sync bao gồm một loại đối tượng EGLSyncKHR hàng rào gốc 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 tương tác không mong muốn.

Tiện ích EGL_ANDROID_native_fence_sync sử dụng một thuộc tính chỉ số mô tả tệp hàng rào gốc tương ứng chỉ có thể được đặt tại thời điểm tạo và không thể được truy vấn trực tiếp từ một đối tượng đồng bộ hoá hiện có. Thuộc tính này có thể được đặt thành một trong 2 chế độ:

  • Chỉ số mô tả tệp hàng rào hợp lệ gói một chỉ số 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 đối tượng EGLSyncKHR.

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

Tích hợp Trình tổng hợp phần cứng

HWC xử lý 3 loại hàng rào đồng bộ hoá:

  • Hàng rào thu thập được truyền cùng với các vùng đệm đầu vào đến các lệnh gọi setLayerBuffer và setClientTarget. Các hàng rào này biểu thị một hoạt động ghi đang chờ xử lý vào vùng đệm và phải báo hiệu trước khi SurfaceFlinger hoặc HWC cố gắng đọc từ vùng đệm được liên kết để thực hiện quá trình tổng hợp.
  • Hàng rào phát hành được truy xuất sau lệnh gọi đến presentDisplay bằng lệnh gọi getReleaseFences. Các hàng rào này biểu thị một hoạt động đọc đang chờ xử lý từ vùng đệm trước đó trên cùng một lớp. Hàng rào phát hành báo hiệu khi HWC không còn sử dụng vùng đệm trước đó nữa vì vùng đệm hiện tại đã thay thế vùng đệm trước đó trên màn hình. Hàng rào phát hành được truyền trở lại ứng dụng cùng với các vùng đệm trước đó mà sẽ được thay thế trong quá trình tổng hợp hiện tại. Ứng dụng phải đợi cho đến khi a hàng rào phát hành báo hiệu trước khi ghi nội dung mới vào vùng đệm mà đã được trả về cho ứng dụng.
  • Hàng rào hiện tại được trả về, mỗi khung hình một hàng rào, như một phần của lệnh gọi đến presentDisplay. Hàng rào hiện tại biểu thị thời điểm quá trình tổng hợp khung hình này đã hoàn tất hoặc thay vào đó, khi không còn cần kết quả tổng hợp của khung hình trước đó nữa. Đối với màn hình vật lý, presentDisplay sẽ trả về hàng rào hiện tại khi khung hình hiện tại xuất hiện trên màn hình. Sau khi hàng rào hiện tại được trả về, bạn có thể ghi lại vào vùng đệm mục tiêu SurfaceFlinger nếu có. Đối với màn hình ảo, hàng rào hiện tại sẽ được trả về khi bạn có thể đọc từ vùng đệm đầu ra.