Surfaceflinger 合成流程

和你一起終身學習，這裏是程序員 Android

經典好文推薦，通過閱讀本文，您將收穫以下知識點:

一、Consumer端的FrameListener
二、消息隊列MessageQueue
三、顯示設備DispalyDevice

通過前面的簡單介紹，我們對HWC合成有大致的瞭解。下面我們根據實際代碼進行講解。前面章節，我們已經說過，Layer的創建，和BufferQueue，那麼Buffer進入到BufferQueue隊列中後，怎麼進行合成顯示的呢？我們繼續來看。

一、Consumer端的FrameListener

你還記得Producer的frameAvailableListener嗎？Buffer放入隊列BufferQueue後，是不是通過frameAvailableListener->onFrameAvailable通知Consumer？大家可以再回望一下BufferQueueProducer::queueBuffer。

frameAvailableListener是哪裏來的？

我們先來看一下Consumer中Listener間的相互關係

• BufferLayer有專門的Consumer，BufferLayerConsumer；BufferLayerConsumer繼承ConsumerBase。ConsumerBase通過IGraphicBufferConsumer和BufferQueue進行通信的。
• BufferQueue中的frameAvailableListener，是一個IConsumerListener的接口，對應的Binder的Bn端實現爲ProxyConsumerListener。
• BufferLayer實現了ContentsChangedListener，ContentsChangedListener繼承FrameAvailableListener。BufferLayer的Listener實現，被傳給了ConsumerBase。
• ConsumerBase實現ConsumerListener接口，構建ConsumerBase時，會創建ProxyConsumerListener，將ConsumerBase實現的Listener接口傳給ProxyConsumerListener。
• BufferQueue中Listener回調時，會回調到ConsumerBase中。ConsumerBase中再通過BufferLayer實現的，傳下來的Listener回調到BufferLayer中。

層層回調，別弄混淆了。

關鍵代碼：
BufferQueueProducer中通過frameAvailableListener->onFrameAvailable回調到ProxyConsumerListener中：

* frameworks/native/libs/gui/BufferQueue.cpp

void BufferQueue::ProxyConsumerListener::onFrameAvailable(
        const BufferItem& item) {
    sp<ConsumerListener> listener(mConsumerListener.promote());
    if (listener != NULL) {
        listener->onFrameAvailable(item);
    }
}

ProxyConsumerListener中的mConsumerListener是ConsumerBase中的實現。這裏的listener->onFrameAvailable將回調到ConsumerBase中。

* frameworks/native/libs/gui/ConsumerBase.cpp

void ConsumerBase::onFrameAvailable(const BufferItem& item) {
    CB_LOGV("onFrameAvailable");

    sp<FrameAvailableListener> listener;
    { // scope for the lock
        Mutex::Autolock lock(mFrameAvailableMutex);
        listener = mFrameAvailableListener.promote();
    }

    if (listener != NULL) {
        CB_LOGV("actually calling onFrameAvailable");
        listener->onFrameAvailable(item);
    }
}

ConsumerBase中的mFrameAvailableListener是BufferLayer中的實現：

* frameworks/native/services/surfaceflinger/BufferLayer.cpp

void BufferLayer::onFrameAvailable(const BufferItem& item) {
    // Add this buffer from our internal queue tracker
    { // Autolock scope
        Mutex::Autolock lock(mQueueItemLock);
        mFlinger->mInterceptor.saveBufferUpdate(this, item.mGraphicBuffer->getWidth(),
                                                item.mGraphicBuffer->getHeight(),
                                                item.mFrameNumber);
        // Reset the frame number tracker when we receive the first buffer after
        // a frame number reset
        if (item.mFrameNumber == 1) {
            mLastFrameNumberReceived = 0;
        }

        // Ensure that callbacks are handled in order
        while (item.mFrameNumber != mLastFrameNumberReceived + 1) {
            status_t result = mQueueItemCondition.waitRelative(mQueueItemLock,
                                                               ms2ns(500));
            if (result != NO_ERROR) {
                ALOGE("[%s] Timed out waiting on callback", mName.string());
            }
        }

        mQueueItems.push_back(item);
        android_atomic_inc(&mQueuedFrames);

        // Wake up any pending callbacks
        mLastFrameNumberReceived = item.mFrameNumber;
        mQueueItemCondition.broadcast();
    }

    mFlinger->signalLayerUpdate();
}

BufferLayer中調用onFrameAvailable，去通知SurfaceFlinger進行合成。

到這裏，應用端（Producer）生產完Buffer這件事，就通知到了SurfaceFlinger中了。

SurfaceFlinger的signalLayerUpdate，是通過MessageQueue來處理的，我們先來看看MessageQueue。

二、消息隊列MessageQueue

MessageQueue是SurfaceFlinger中的消息隊列，爲什麼需要消息隊列？我們應用有一個主線程，專門進行UI的處理。SurfaceFlinger同樣的，也有一個主線程，SurfaceFlinger的主線程主要進行顯示數據的處理，也就是合成。

SurfaceFlinger中，mEventQueue是MessageQueue的一個棧對象，採用mutable修飾。SurfaceFlinger在初次引用時，會對mEventQueue進行初始化。

* frameworks/native/services/surfaceflinger/MessageQueue.cpp

void MessageQueue::init(const sp<SurfaceFlinger>& flinger)
{
    mFlinger = flinger;
    mLooper = new Looper(true);
    mHandler = new Handler(*this);
}

MessageQueue初始化時，創建了一個Looper和一個Handler。

此外，在SurfaceFlinger初始化時，創建了一個EventThread，並傳給了MessageQueue。

void SurfaceFlinger::init() {
    ... ...
    sp<VSyncSource> sfVsyncSrc =
            new DispSyncSource(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::sfVsyncPhaseOffsetNs, true, "sf");
    mSFEventThread = new EventThread(sfVsyncSrc, *this, true);
    mEventQueue.setEventThread(mSFEventThread);

MessageQueue的setEventThread函數如下：

void MessageQueue::setEventThread(const sp<EventThread>& eventThread)
{
    if (mEventThread == eventThread) {
        return;
    }

    if (mEventTube.getFd() >= 0) {
        mLooper->removeFd(mEventTube.getFd());
    }

    mEventThread = eventThread;
    mEvents = eventThread->createEventConnection();
    mEvents->stealReceiveChannel(&mEventTube);
    mLooper->addFd(mEventTube.getFd(), 0, Looper::EVENT_INPUT,
            MessageQueue::cb_eventReceiver, this);
}

MessageQueue在setEventThread時，主要做以下幾件事：

• 創建一個BitTube對象mEventTube

• 創建一個EventConnection

sp<EventThread::Connection> EventThread::createEventConnection() const {
    return new Connection(const_cast<EventThread*>(this));
}

Connection在第一次引用時，將會被註冊到mEventThread中。

void EventThread::Connection::onFirstRef() {
    // NOTE: mEventThread doesn't hold a strong reference on us
    mEventThread->registerDisplayEventConnection(this);
}

在註冊時，Connection將會被添加到mDisplayEventConnections 中。

status_t EventThread::registerDisplayEventConnection(
        const sp<EventThread::Connection>& connection) {
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    mDisplayEventConnections.add(connection);
    mCondition.broadcast();
    return NO_ERROR;
}

mDisplayEventConnections是一個已經註冊的Connection的集合。

• 將mEventTube和EventConnection關聯

status_t EventThread::Connection::stealReceiveChannel(gui::BitTube* outChannel) {
    outChannel->setReceiveFd(mChannel.moveReceiveFd());
    return NO_ERROR;
}

Connection創建時，將默認創建一個4k的BitTube，BitTube封裝的是一對socket，一個發送，一個接收，可傳輸的Buffer大小爲4K。

void BitTube::init(size_t rcvbuf, size_t sndbuf) {
    int sockets[2];
    if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET, 0, sockets) == 0) {
        size_t size = DEFAULT_SOCKET_BUFFER_SIZE;
        setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf, sizeof(rcvbuf));
        setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sndbuf, sizeof(sndbuf));
        // since we don't use the "return channel", we keep it small...
        setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &size, sizeof(size));
        setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size));
        fcntl(sockets[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
        fcntl(sockets[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);
        mReceiveFd.reset(sockets[0]);
        mSendFd.reset(sockets[1]);
    } else {
        mReceiveFd.reset();
        ALOGE("BitTube: pipe creation failed (%s)", strerror(errno));
    }
}

MessageQueue中的mEventTube，和mReceiveFd關聯。

• addFd函數，將fd添加到MessageQueue的Looper中。
  注意，Looper的callback爲MessageQueue::cb_eventReceiver，data爲MessageQueue本身。

int MessageQueue::cb_eventReceiver(int fd, int events, void* data) {
    MessageQueue* queue = reinterpret_cast<MessageQueue *>(data);
    return queue->eventReceiver(fd, events);
}

回到SurfaceFlinger的signalLayerUpdate函數：

void SurfaceFlinger::signalLayerUpdate() {
    mEventQueue.invalidate();
}

signalLayerUpdate中，調用MQ的invalidate。

void MessageQueue::invalidate() {
    mEvents->requestNextVsync();
}

MQ的invalidate的函數，將請求下一個Vsync。Vsync是一種同步機制，垂直同步，我們可以理解爲SurfaceFlinger的工作節拍。

void EventThread::requestNextVsync(
        const sp<EventThread::Connection>& connection) {
    Mutex::Autolock _l(mLock);

    mFlinger.resyncWithRateLimit();

    if (connection->count < 0) {
        connection->count = 0;
        mCondition.broadcast();
    }
}

注意這裏的count >= 0。

EventThread就是一個事件分發的線程，第一次引用時，線程啓動。

void EventThread::onFirstRef() {
    run("EventThread", PRIORITY_URGENT_DISPLAY + PRIORITY_MORE_FAVORABLE);
}

EventThread的threadLoop函數體如下：

bool EventThread::threadLoop() {
    DisplayEventReceiver::Event event;
    Vector< sp<EventThread::Connection> > signalConnections;
    signalConnections = waitForEvent(&event);

    // dispatch events to listeners...
    const size_t count = signalConnections.size();
    for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {
        const sp<Connection>& conn(signalConnections[i]);
        // now see if we still need to report this event
        status_t err = conn->postEvent(event);
        if (err == -EAGAIN || err == -EWOULDBLOCK) {
            ... ...
            ALOGW("EventThread: dropping event (%08x) for connection %p",
                    event.header.type, conn.get());
        } else if (err < 0) {
            removeDisplayEventConnection(signalConnections[i]);
        }
    }
    return true;
}

waitForEvent，等待事件Event。看看哪些Connection是被觸發的，對於被觸發的Connection，signalConnections，通過postEvent將事件Event分發出去。

Event這邊的控制邏輯，基本都在waitForEvent中。waitForEvent中，採用while循環，條件是signalConnections爲空。EventThread中主要控制兩事件，Vsync事件和顯示屏的HotPlug熱插拔事件

    enum {
        DISPLAY_EVENT_VSYNC = fourcc('v', 's', 'y', 'n'),
        DISPLAY_EVENT_HOTPLUG = fourcc('p', 'l', 'u', 'g'),
    };

我們分段來看：

Vector< sp<EventThread::Connection> > EventThread::waitForEvent(
        DisplayEventReceiver::Event* event)
{
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    Vector< sp<EventThread::Connection> > signalConnections;

    do {
        bool eventPending = false;
        bool waitForVSync = false;

        size_t vsyncCount = 0;
        nsecs_t timestamp = 0;
        for (int32_t i=0 ; i<DisplayDevice::NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES ; i++) {
            timestamp = mVSyncEvent[i].header.timestamp;
            if (timestamp) {
                // 有一個Vsync事件要分發
                if (mInterceptVSyncs) {
                    mFlinger.mInterceptor.saveVSyncEvent(timestamp);
                }
                *event = mVSyncEvent[i];
                mVSyncEvent[i].header.timestamp = 0;
                vsyncCount = mVSyncEvent[i].vsync.count;
                break;
            }
        }

看看有沒有Vsync事件要分發，timestamp不爲0，表示有Vync事件要分發。

        if (!timestamp) {
            // no vsync event, see if there are some other event
            eventPending = !mPendingEvents.isEmpty();
            if (eventPending) {
                // we have some other event to dispatch
                *event = mPendingEvents[0];
                mPendingEvents.removeAt(0);
            }
        }

mPendingEvents，這裏主要是是HotPlug事件。

找出在等待事件的Connection：

        size_t count = mDisplayEventConnections.size();
        for (size_t i=0 ; i<count ; ) {
            sp<Connection> connection(mDisplayEventConnections[i].promote());
            if (connection != NULL) {
                bool added = false;
                if (connection->count >= 0) {
                    // 需要Vsync，至少有一個Connection的count >= 0。
                    waitForVSync = true;
                    if (timestamp) {
                        // we consume the event only if it's time
                        // (ie: we received a vsync event)
                        if (connection->count == 0) {
                            // fired this time around
                            connection->count = -1;
                            signalConnections.add(connection);
                            added = true;
                        } else if (connection->count == 1 ||
                                (vsyncCount % connection->count) == 0) {
                            // continuous event, and time to report it
                            signalConnections.add(connection);
                            added = true;
                        }
                    }
                }

                if (eventPending && !timestamp && !added) {
                    // 沒有Vsync事件要處理，但是有其他的事件要處理
                    signalConnections.add(connection);
                }
                ++i;
            } else {
                // Connection不存在了
                mDisplayEventConnections.removeAt(i);
                --count;
            }
        }

Connection的count >= 0表示需要Vsync。eventPending && !timestamp && !added表示沒有Vsync事件要處理，但是有其他的事件要處理。

        if (timestamp && !waitForVSync) {
            disableVSyncLocked();
        } else if (!timestamp && waitForVSync) {
            enableVSyncLocked();
        }

timestamp && !waitForVSync如果有Vsync事件要分發，但是又沒有Connection需要Vsync事件時，把Vsync給關掉。相反，如果有Connection需要Vsync，而此時又沒有Vsync事件時，需要將Vsync打開。

        if (!timestamp && !eventPending) {
            if (waitForVSync) {
                bool softwareSync = mUseSoftwareVSync;
                nsecs_t timeout = softwareSync ? ms2ns(16) : ms2ns(1000);
                if (mCondition.waitRelative(mLock, timeout) == TIMED_OUT) {
                    if (!softwareSync) {
                        ALOGW("Timed out waiting for hw vsync; faking it");
                    }
                    // FIXME: how do we decide which display id the fake
                    // vsync came from ?
                    mVSyncEvent[0].header.type = DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC;
                    mVSyncEvent[0].header.id = DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY;
                    mVSyncEvent[0].header.timestamp = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
                    mVSyncEvent[0].vsync.count++;
                }
            } else {
                mCondition.wait(mLock);
            }
        }
    } while (signalConnections.isEmpty());

    return signalConnections;
}

如果此時沒有Vsync事件，或其他的Event事件，那就處於等待中。如果是等待Vsync，那麼通過mCondition.waitRelative進行等待，如果是硬件Vsync還不能用或者出現問題時，設置一個超時時間，進行屏幕的喚醒。
如果Connection需要Vsync，那麼就進程sleep。

Vsync事件到來時，將回調到onVSyncEvent：

void EventThread::onVSyncEvent(nsecs_t timestamp) {
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    mVSyncEvent[0].header.type = DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC;
    mVSyncEvent[0].header.id = 0;
    mVSyncEvent[0].header.timestamp = timestamp;
    mVSyncEvent[0].vsync.count++;
    mCondition.broadcast();
}

Hotplug事件到來時，將回調到onHotplugReceived：

void EventThread::onHotplugReceived(int type, bool connected) {
    ALOGE_IF(type >= DisplayDevice::NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES,
            "received hotplug event for an invalid display (id=%d)", type);

    Mutex::Autolock _l(mLock);
    if (type < DisplayDevice::NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES) {
        DisplayEventReceiver::Event event;
        event.header.type = DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_HOTPLUG;
        event.header.id = type;
        event.header.timestamp = systemTime();
        event.hotplug.connected = connected;
        mPendingEvents.add(event);
        mCondition.broadcast();
    }
}

注意，Event事件哪兒回調回來的我們先不管，我們先記住這裏的邏輯。

Vsync事件是跟屏幕的刷新頻率有關，比如60Hz的屏幕，兩個Vsync事件間的時間爲1/60s，也就是16.67ms左右。SurfaceFlinger每隔16.67ms進行一次合成，顯示。

另外，需要注意的是，SurfaceFlinger和App的EventThread是分開的，不是同一個。

void SurfaceFlinger::init() {
    ... ...

    // start the EventThread
    sp<VSyncSource> vsyncSrc =
            new DispSyncSource(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::vsyncPhaseOffsetNs, true, "app");
    mEventThread = new EventThread(vsyncSrc, *this, false);
    sp<VSyncSource> sfVsyncSrc =
            new DispSyncSource(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::sfVsyncPhaseOffsetNs, true, "sf");
    mSFEventThread = new EventThread(sfVsyncSrc, *this, true);
    mEventQueue.setEventThread(mSFEventThread);

回到MessageQueue，Connection通過postEvent將Event拋出來後，通過sendEvents將事件發出去。

status_t EventThread::Connection::postEvent(
        const DisplayEventReceiver::Event& event) {
    ssize_t size = DisplayEventReceiver::sendEvents(&mChannel, &event, 1);
    return size < 0 ? status_t(size) : status_t(NO_ERROR);
}

DisplayEventReceiver中是通過BitTube將事件發出去，sendObjects注意這裏的參數。

ssize_t DisplayEventReceiver::sendEvents(gui::BitTube* dataChannel,
        Event const* events, size_t count)
{
    return gui::BitTube::sendObjects(dataChannel, events, count);
}

數據是什麼地方接受的呢？回到SurfaceFlinger

SurfaceFlinger線程run時，啓動一個死循環，循環等待事件。

void SurfaceFlinger::run() {
    do {
        waitForEvent();
    } while (true);
}

waitForEvent中，調用MessageQueue的waitMessage函數：

void MessageQueue::waitMessage() {
    do {
        IPCThreadState::self()->flushCommands();
        int32_t ret = mLooper->pollOnce(-1);
        switch (ret) {
            case Looper::POLL_WAKE:
            case Looper::POLL_CALLBACK:
                continue;
            case Looper::POLL_ERROR:
                ALOGE("Looper::POLL_ERROR");
                continue;
            case Looper::POLL_TIMEOUT:
                // timeout (should not happen)
                continue;
            default:
                // should not happen
                ALOGE("Looper::pollOnce() returned unknown status %d", ret);
                continue;
        }
    } while (true);
}

waitMessage，通過採用一個死循環，處理Looper的pollOnce。Looper內部的邏輯就不看了，主要是採用epoll_wait對fd進行監聽，BitTube發送Event對象後，epoll_wait結束，調用callback，處理事件

int callbackResult = response.request.callback->handleEvent(fd, events, data);

MessageQueue對應的callback爲cb_eventReceiver：

int MessageQueue::cb_eventReceiver(int fd, int events, void* data) {
    MessageQueue* queue = reinterpret_cast<MessageQueue *>(data);
    return queue->eventReceiver(fd, events);
}

eventReceiver，處理事件：

int MessageQueue::eventReceiver(int /*fd*/, int /*events*/) {
    ssize_t n;
    DisplayEventReceiver::Event buffer[8];
    while ((n = DisplayEventReceiver::getEvents(&mEventTube, buffer, 8)) > 0) {
        for (int i=0 ; i<n ; i++) {
            if (buffer[i].header.type == DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC) {
                mHandler->dispatchInvalidate();
                break;
            }
        }
    }
    return 1;
}

dispatchInvalidate，封裝爲MessageQueue::INVALIDATE

void MessageQueue::Handler::dispatchInvalidate() {
    if ((android_atomic_or(eventMaskInvalidate, &mEventMask) & eventMaskInvalidate) == 0) {
        mQueue.mLooper->sendMessage(this, Message(MessageQueue::INVALIDATE));
    }
}

MessageQueue中，兩種Message，INVALIDATE和REFRESH：

    enum {
        INVALIDATE  = 0,
        REFRESH     = 1,
    };

Message的分發略過，Handler對Message的處理如下：

void MessageQueue::Handler::handleMessage(const Message& message) {
    switch (message.what) {
        case INVALIDATE:
            android_atomic_and(~eventMaskInvalidate, &mEventMask);
            mQueue.mFlinger->onMessageReceived(message.what);
            break;
        case REFRESH:
            android_atomic_and(~eventMaskRefresh, &mEventMask);
            mQueue.mFlinger->onMessageReceived(message.what);
            break;
    }
}

收到消息後，再調回SurfaceFlinger在onMessageReceived中處理。

再看SurfaceFlinger的處理之前，我們先稍微整理一下MessageQueue，MessageQueue的類圖如下：

三、顯示設備DispalyDevice

SurfaceFlinger中，每個顯示屏我們用DisplayDevice進行描述，它除了描述了Display的信息，還包括很多和合成相關的邏輯。相比於native層，Display信息是在Android的Framework層管理的，提供了專門的服務DisplayManagerService（DMS），DMS後續再介紹。

3.1 Display接口服務

。從Android 8.0開始，Vsync和hotplug的接收接口IDisplayEventReceiver作爲一個單獨的庫從SurfaceFlinger中獨立出來，設計爲3層模式，JAVA層，Native層和HAL層。編譯爲libdisplayservicehidl庫，代碼在如下位置：

frameworks/native/services/displayservice

Display 接口 Android.bp如下：

cc_library_shared {
    name: "libdisplayservicehidl",

    srcs: [
        "DisplayService.cpp",
        "DisplayEventReceiver.cpp",
    ],

    shared_libs: [
        "libbase",
        "liblog",
        "libgui",
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "libutils",
        "[email protected]",
    ],

    export_include_dirs: ["include"],
    export_shared_lib_headers: [
        "[email protected]",
        "libgui",
        "libutils",
    ],

    cflags: [
        "-Werror",
        "-Wall",
    ]
}

hal層也抽象出Display的單獨模塊displayservice。代碼爲在：

frameworks/hardware/interfaces/displayservice

displayservice的Android.bp如下：

hidl_interface {
    name: "[email protected]",
    root: "android.frameworks",
    vndk: {
        enabled: true,
    },
    srcs: [
        "types.hal",
        "IDisplayEventReceiver.hal",
        "IDisplayService.hal",
        "IEventCallback.hal",
    ],
    interfaces: [
        "[email protected]",
    ],
    types: [
        "Status",
    ],
    gen_java: true,
}

displayservice還比較簡單，沒有太多接口：

• types中只定義了一個狀態

* frameworks/hardware/interfaces/displayservice/1.0/types.hal

package [email protected];

enum Status : uint32_t {
    SUCCESS,
    BAD_VALUE,
    UNKNOWN,
};

• IDisplayEventReceiver.hal中定義了Receiver的接口

package [email protected];

import IEventCallback;

interface IDisplayEventReceiver {
    /**
     * 添加callback，開始接收Events事件，熱插拔是默認打開的，Vysnc需要通過setVsyncRate打開
     */
    init(IEventCallback callback) generates (Status status);

    /**
     * 開始或停止發送callback
     */
    setVsyncRate(int32_t count) generates (Status status);

    /**
     * 請求一個Vsync，如果setVsyncRate是0，這不起作用
     */
    requestNextVsync() generates (Status status);

    /**
     * Server端丟棄所以的callback，停止發送
     */
    close() generates (Status status);
};

• IDisplayService.hal

package [email protected];

import IDisplayEventReceiver;

interface IDisplayService {
    /**
     * 創建新的receiver.
     */
    getEventReceiver() generates(IDisplayEventReceiver receiver);
};

• IEventCallback.hal

package [email protected];

interface IEventCallback {
    /**
     * Vsync事件
     */
    oneway onVsync(uint64_t timestamp, uint32_t count);

    /**
     * hotplug事件
     */
    oneway onHotplug(uint64_t timestamp, bool connected);
};

displayservice的接口，主要是提供給Vendor的HAL使用，讓Vendor的HAL也能夠接收Vsync數據。libdisplayservicehidl中也主要是DisplayEventReceiver。所以，這裏的IDisplayEventReceiver接口 這麼設計的 主要是提供給Vendor用。

3.2 顯示屏的類型

顯示屏幕什麼時候創建？各類型的顯示屏不一樣，Android支持3中類型的顯示屏：主顯，外顯，虛顯。

* frameworks/native/services/surfaceflinger/DisplayDevice.h

    enum DisplayType {
        DISPLAY_ID_INVALID = -1,
        DISPLAY_PRIMARY     = HWC_DISPLAY_PRIMARY,
        DISPLAY_EXTERNAL    = HWC_DISPLAY_EXTERNAL,
        DISPLAY_VIRTUAL     = HWC_DISPLAY_VIRTUAL,
        NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES = HWC_NUM_PHYSICAL_DISPLAY_TYPES,
    };

主顯示屏幕和外顯，都採用熱插拔的形式，連接，斷開時從底層驅動上報熱插拔事件，這是在EventThread中處理的。

• 主顯示屏 DISPLAY_PRIMARY
  主顯示屏幕默認是必現支持的，也就是說，開機時就應該上報 * 連接* 事件，知道屏幕關閉時，才斷開。這裏說的屏幕關閉是真正的關閉，休眠，鎖屏等狀態屏幕還是開着的。基本也就是關機的時候。

• 外顯示屏 DISPLAY_EXTERNAL
  外顯示屏幕，一般是有線連接的屏幕，比如HDMI，MHL或者是其他連接標準連接的屏幕，外顯一般經常進行熱插拔。

• 虛擬顯示屏 DISPLAY_VIRTUAL
  虛擬顯示屏，也就是說這個顯示屏是不存在物理設備的，是個虛擬的。

我們先看看DisplayDevice相關類之間的關係：

我們可以這麼來理解：

• Android支持多個顯示屏幕，每一個顯示屏幕用DisplayDevice進行描述，SurfaceFlinger中有這些顯示屏的信息即mDisplay
• 每個顯示屏幕，都一個相關聯的Buffer，這個Buffer用 DisplaySurface進行描述。
• 每種類型的顯示屏，具體採用的Buffer不盡相同，主屏和外顯採用FramebufferSurface，而虛擬顯示屏採用VirtualDisplaySurface。
• DisplaySurface有自己的BufferQueue，都繼承ConsumerBase，所以這裏DisplaySurface比較特殊，都是消費者。VirtualDisplaySurface更猛，它還繼承BnGraphicBufferProducer，也是生產者。
• RE_Surface是RE命名空間的Surface，和BufferQueue中的Surface同名，但是作用不一樣。主要是給RenderEngine用，RenderEngine是一個抽象類，渲染引擎，用於Client端的合成，一般用OpenGL進程合成。

3.3 DisplayDevice的熱插拔處理

SurfaceFlinger在初始化的時候，註冊Callback接口後。顯示屏幕插上和斷開時，將通過HAL回調回來。HAL回調的過程先不關注，從SurfaceFlinger中開始看。

void SurfaceFlinger::onHotplugReceived(int32_t sequenceId,
        hwc2_display_t display, HWC2::Connection connection,
        bool primaryDisplay) {
    ALOGV("onHotplugReceived(%d, %" PRIu64 ", %s, %s)",
          sequenceId, display,
          connection == HWC2::Connection::Connected ?
                  "connected" : "disconnected",
          primaryDisplay ? "primary" : "external");

    ConditionalLock lock(mStateLock,
            std::this_thread::get_id() != mMainThreadId);

    if (primaryDisplay) {
        getBE().mHwc->onHotplug(display, connection);
        if (!mBuiltinDisplays[DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY].get()) {
            createBuiltinDisplayLocked(DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY);
        }
        createDefaultDisplayDevice();
    } else {
        if (sequenceId != getBE().mComposerSequenceId) {
            return;
        }
        if (getBE().mHwc->isUsingVrComposer()) {
            ALOGE("External displays are not supported by the vr hardware composer.");
            return;
        }
        getBE().mHwc->onHotplug(display, connection);
        auto type = DisplayDevice::DISPLAY_EXTERNAL;
        if (connection == HWC2::Connection::Connected) {
            createBuiltinDisplayLocked(type);
        } else {
            mCurrentState.displays.removeItem(mBuiltinDisplays[type]);
            mBuiltinDisplays[type].clear();
        }
        setTransactionFlags(eDisplayTransactionNeeded);
    }
}

接收到屏幕插拔事件後，主要做了如下的處理：

• 通知HWC onHotplug

通過onHotplug通知HWC；如果是連接，HWC將去獲取新添加Display的config信息，如果是斷開，將HWC中的Display同步斷開。

• 創建Display的Token
  createBuiltinDisplayLocked如果是連接狀態，都將通過createBuiltinDisplayLocked創建Display的Token。添加到mBuiltinDisplays中，mBuiltinDisplays它只是Display的IBinder列表，我們也稱之爲Token列表。

sp<IBinder> mBuiltinDisplays[DisplayDevice::NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES];

這個時候還沒有創建DisplayDevice，只是創建了一個Token而已。Display的Token通知添加到mCurrentState的displays中。

• 創建主屏幕對應的DisplayDevice

如果是主屏，還會通過createDefaultDisplayDevice創建默認的DisplayDevice。

void SurfaceFlinger::createDefaultDisplayDevice() {
    const DisplayDevice::DisplayType type = DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY;
    wp<IBinder> token = mBuiltinDisplays[type];

    // All non-virtual displays are currently considered secure.
    const bool isSecure = true;

    sp<IGraphicBufferProducer> producer;
    sp<IGraphicBufferConsumer> consumer;
    BufferQueue::createBufferQueue(&producer, &consumer);

    sp<FramebufferSurface> fbs = new FramebufferSurface(*getBE().mHwc, type, consumer);

    bool hasWideColorModes = false;
    std::vector<android_color_mode_t> modes = getHwComposer().getColorModes(type);
    for (android_color_mode_t colorMode : modes) {
        switch (colorMode) {
            case HAL_COLOR_MODE_DISPLAY_P3:
            case HAL_COLOR_MODE_ADOBE_RGB:
            case HAL_COLOR_MODE_DCI_P3:
                hasWideColorModes = true;
                break;
            default:
                break;
        }
    }
    bool useWideColorMode = hasWideColorModes && hasWideColorDisplay && !mForceNativeColorMode;
    sp<DisplayDevice> hw = new DisplayDevice(this, DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY, type, isSecure,
                                             token, fbs, producer, useWideColorMode);
    mDisplays.add(token, hw);
    android_color_mode defaultColorMode = HAL_COLOR_MODE_NATIVE;
    if (useWideColorMode) {
        defaultColorMode = HAL_COLOR_MODE_SRGB;
    }
    setActiveColorModeInternal(hw, defaultColorMode);
    hw->setCompositionDataSpace(HAL_DATASPACE_UNKNOWN);

    // Add the primary display token to mDrawingState so we don't try to
    // recreate the DisplayDevice for the primary display.
    mDrawingState.displays.add(token, DisplayDeviceState(type, true));

    // make the GLContext current so that we can create textures when creating
    // Layers (which may happens before we render something)
    hw->makeCurrent();
}

• 看到沒有，主Display的BufferQueue是就是此時創建的。並且創建了前面所說的FramebufferSurface，這就是FBTarget。
• DisplayDevice對應的類型爲DISPLAY_PRIMARY，創建了DisplayDevice後，添加到mDisplays中。而Display的Token被添加到mDrawingState的displays中，注意，是mDrawingState。
• 這裏還有顏色模式Colormode和數據空間DataSpace的設置，這兩個概念後續介紹。
• 最後，調用makeCurrent，表示該DisplayDevice進入可用狀態

bool DisplayDevice::makeCurrent() const {
    bool success = mFlinger->getRenderEngine().setCurrentSurface(mSurface);
    setViewportAndProjection();
    return success;
}

makeCurrent主要做了兩件事：其一，設置RenderEngine的Surface，這個Surface封裝了前面BufferQueue中創建的Producer，以及對應的NativeWindow；其二，設置Display的Viewport和Projection，做過OpengGL開發的，對這個應該沒有什麼難題，視窗大小和投影矩陣。也是設置到RenderEngine中，GPU合成用。

• 非主屏刪除處理
  非主屏時刪除時，將Display的Token從mBuiltinDisplays中刪掉，且Token也從mCurrentState中刪掉。注意，這裏的是mCurrentState。主屏一般只會添加一次，沒有斷開操縱，斷開時系統已經關了。

• Transaction處理
  連接或斷開顯示屏，也算是一種Transaction。通過setTransactionFlags，設置處理的flag eDisplayTransactionNeeded。

到此，連接時，主顯的Token是添加到mDrawingState中的，已經創建對應的DisplayDevice，且沒有斷開處理。而非主顯只創建了Display的Token，添加到這裏的是mCurrentState中，還沒有創建對應的DisplayDevice，斷開的屏幕，Token從mCurrentState刪除。簡單點來說，mDrawingState中的Token都創建了DisplayDevice；在mCurrentState中的不再mDrawingState中的，都是添加的；在mDrawingState中的，不在mCurrentState中的都是斷開的。

3.4 創建DisplayDevice

上面設置的setTransactionFlags什麼時候處理？Vsync來的時候，Vsync來後，通過INVALIDATE消息，又回到SurfaceFlinger處理。中間的過程稍後介紹，我們直接看對這裏設置的eDisplayTransactionNeeded的處理流程。

處理eDisplayTransactionNeeded時，其實就是同步 mDrawingState 和 mCurrentState 中displays。

• 屏幕斷開時的處理
  先處理刪除的Display，屏幕的Token在mDrawingState中的，不在mCurrentState中的都是斷開的。邏輯如下：

void SurfaceFlinger::handleTransactionLocked(uint32_t transactionFlags)
{
            ``` ```
    if (transactionFlags & eDisplayTransactionNeeded) {
        const KeyedVector<  wp<IBinder>, DisplayDeviceState>& curr(mCurrentState.displays);
        const KeyedVector<  wp<IBinder>, DisplayDeviceState>& draw(mDrawingState.displays);
        if (!curr.isIdenticalTo(draw)) {
            mVisibleRegionsDirty = true;
            const size_t cc = curr.size();
                  size_t dc = draw.size();

            for (size_t i=0 ; i<dc ;) {
                const ssize_t j = curr.indexOfKey(draw.keyAt(i));
                if (j < 0) {
                    if (!draw[i].isMainDisplay()) {
                        const sp<const DisplayDevice> defaultDisplay(getDefaultDisplayDeviceLocked());
                        defaultDisplay->makeCurrent();
                        sp<DisplayDevice> hw(getDisplayDeviceLocked(draw.keyAt(i)));
                        if (hw != NULL)
                            hw->disconnect(getHwComposer());
                        if (draw[i].type < DisplayDevice::NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES)
                            mEventThread->onHotplugReceived(draw[i].type, false);
                        mDisplays.removeItem(draw.keyAt(i));
                    } else {
                        ALOGW("trying to remove the main display");
                    }
                } else {
                    // this display is in both lists. see if something changed.
                    const DisplayDeviceState& state(curr[j]);
                    const wp<IBinder>& display(curr.keyAt(j));
                    const sp<IBinder> state_binder = IInterface::asBinder(state.surface);
                    const sp<IBinder> draw_binder = IInterface::asBinder(draw[i].surface);
                    if (state_binder != draw_binder) {
                        sp<DisplayDevice> hw(getDisplayDeviceLocked(display));
                        if (hw != NULL)
                            hw->disconnect(getHwComposer());
                        mDisplays.removeItem(display);
                        mDrawingState.displays.removeItemsAt(i);
                        dc--;
                        // at this point we must loop to the next item
                        continue;
                    }

                    const sp<DisplayDevice> disp(getDisplayDeviceLocked(display));
                    if (disp != NULL) {
                        if (state.layerStack != draw[i].layerStack) {
                            disp->setLayerStack(state.layerStack);
                        }
                        if ((state.orientation != draw[i].orientation)
                                || (state.viewport != draw[i].viewport)
                                || (state.frame != draw[i].frame))
                        {
                            disp->setProjection(state.orientation,
                                    state.viewport, state.frame);
                        }
                        if (state.width != draw[i].width || state.height != draw[i].height) {
                            disp->setDisplaySize(state.width, state.height);
                        }
                    }
                }
                ++i;
            }

如果Token在mDrawingState中，而沒有在mCurrentState中，說明這個屏已經被斷開了，需要刪掉DisplayDevice。如果Token在兩個狀態中都存在，有修改，暫時將Token中mDrawingState刪掉。注意兩個狀態啊，要不然理解不對。

斷開時，調用DisplayDevice的disconnect，這其中將調用HWC中，HWC中創建的對應的Device也將被刪除。同時將DisplayDevice從mDisplays中刪除。

• 處理添加的Display
  屏幕的Token在mCurrentState中的不再mDrawingState中的，都是添加的；處理邏輯如下。

void SurfaceFlinger::handleTransactionLocked(uint32_t transactionFlags)
{
            ``` ```
            for (size_t i=0 ; i<cc ; i++) {
                if (draw.indexOfKey(curr.keyAt(i)) < 0) {
                    const DisplayDeviceState& state(curr[i]);

                    sp<DisplaySurface> dispSurface;
                    sp<IGraphicBufferProducer> producer;
                    sp<IGraphicBufferProducer> bqProducer;
                    sp<IGraphicBufferConsumer> bqConsumer;
                    BufferQueue::createBufferQueue(&bqProducer, &bqConsumer);

                    int32_t hwcId = -1;
                    if (state.isVirtualDisplay()) {
                        // Virtual displays without a surface are dormant:
                        // they have external state (layer stack, projection,
                        // etc.) but no internal state (i.e. a DisplayDevice).
                        if (state.surface != NULL) {

                            // 虛擬顯示用硬件
                            ... ...

                            sp<VirtualDisplaySurface> vds =
                                    new VirtualDisplaySurface(*getBE().mHwc,
                                            hwcId, state.surface, bqProducer,
                                            bqConsumer, state.displayName);

                            dispSurface = vds;
                            producer = vds;
                        }
                    } else {
                        ALOGE_IF(state.surface!=NULL,
                                "adding a supported display, but rendering "
                                "surface is provided (%p), ignoring it",
                                state.surface.get());

                        hwcId = state.type;
                        dispSurface = new FramebufferSurface(*getBE().mHwc, hwcId, bqConsumer);
                        producer = bqProducer;
                    }

                    const wp<IBinder>& display(curr.keyAt(i));
                    if (dispSurface != NULL) {
                        sp<DisplayDevice> hw =
                                new DisplayDevice(this, state.type, hwcId, state.isSecure, display,
                                                  dispSurface, producer, hasWideColorDisplay);
                        hw->setLayerStack(state.layerStack);
                        hw->setProjection(state.orientation,
                                state.viewport, state.frame);
                        hw->setDisplayName(state.displayName);
                        mDisplays.add(display, hw);
                        if (!state.isVirtualDisplay()) {
                            mEventThread->onHotplugReceived(state.type, true);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
            ... ...

添加屏幕時，根據前面已經創建的BufferQueue，創建對應的DisplaySurface，外顯和虛顯的不一樣。創建DisplaySurface後，再創建DisplayDevice；設置DisplayDevice的stack，投影矩陣Projection；將創建的DisplayDevice添加到mDisplays中；最後，對外顯，調用EventThread的onHotplugReceived。

EventThread的onHotplugReceived函數中，將封裝一個hotplug的Event事件DISPLAY_EVENT_HOTPLUG，EventThread再將事件分發出去。這裏對hotplug感興趣的主要就是框架層了，回調給DisplayManagerService。

3.5 hotplug的流程

這裏主要將了Display相關的邏輯，主要是熱插拔的處理。下面是整個Android系統添加屏幕時的處理流程。

Display相關的就介紹到這裏，後續講合成時，還會有很多相關的流程。

作者：夕月風
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