VSYNC on Android N

VSYNC on Android N

1.      什么是VSYNC

当屏幕从缓冲区扫描完一帧到屏幕上之后，开始扫描下一帧之前，发出的一个同步信号，该信号用来切换前缓冲区和后缓冲区。

2.      HWComposer、SurfaceFlinger和VSYNC

HWComposer封装了显示设备，而SurfaceFlinger用于合成显示图层，再将其刷入到HWComposer封装的显示设备中。

当显示驱动支持时，VSYNC由硬件定时发送到HWComposer中；否则HWComposer会新起一个线程模拟发送VSYNC信号，其原理也十分简单，就是定期唤起线程发送信号。

HWComposer每次收到VSYNC信号，都会触发SurfaceFlinger中的回调onVSyncReceived()。

VSYNC信号的初始化和发送如下图所示：

a. HAL层的VSYNC被enable后，会不断发送VSYNC信号，并触发HWC的回调函数hook_vsync()，继而调用到SF的onVSyncReceived()。

b. systrace里有两个HW_VSYNC，一个叫HW_VSYNC_ON_0，其实就是记录的0 display的硬件VSYNC打开或关闭事件。记录点在HWComposer::eventControl()中，每当设置的enable与之前的enable状态不一致时（即enable->disable,或disable->enable）记录。

另外一个叫HW_VSYNC_0，记录的是0 display的硬件VSYNC事件，记录点在HWComposer::vsync()中，即每当HAL的VSYNC事件发生，并回调到HWC的回调函数vsync()时记录。

c. 可以看出SF的mEventControlThread线程用于控制HWC的VSYNC信号的开关：通过调用EventControlThread::setVsyncEnabled()打开或关闭HWC的VSYNC信号；SF的onVSyncReceived()代表接收到了HWC层的VSYNC信号。

3.      SurfaceFlinger和DispSync

SF的成员变量mPrimaryDispSync，引用一个DispSync对象。

DispSync可以理解为SF层的sync信号。APP和SF自身会监听该信号，用于控制App绘制UI和SF合成显示图层的节奏。

DispSync中有一个成员变量DispSyncThread，该线程的threadLoop()为一个无限循环：

a. 首先判断mPeriod是否等于0；

b. 不为0的话计算下个唤醒时间，继续3, 4, 5，否则挂在mCond上；

c. 在唤醒时间点，判断是否有注册的mEventListeners；

d. 有的话则依次调用监听者的回调函数onDispSyncEvent()；

e. 继续循环进入步骤1。

系统只有一个DispSync，有两个EventListerner注册在它的mThread中，分别为app和sf的DispSyncSource对应的EventListener。

SurfaceFlinger::init()中会层层调用到DispSync::setPeriod()，继而触发DispSync的mThread开始定期发送sync信号，并且调用监听者的回调。

4.      VSYNC-sf

VSYNC-sf用于控制SF合成Layer的节奏，可以理解为sf对应的DispSyncSource发出的sync信号，再触发EventThread的回调并转换成事件写入写端，最后触发读端的回调MessageQueue::cb_eventReceiver()，SF开始合成显示图层。

DispSyncSource其实就是DispSync的监听者，通过DispSync再转发出自己所需的sync信号。

其流程图如图所示：

a. EventThread::threadLoop()发现有Connection注册了才会调用成员函数enableVSyncLocked()：注册自己为Callback到DispSyncSource中，并且调用DispSyncSource::setVSyncEnabled()将DispSyncSource注册为监听者到DispSync中；

b. DispSyncThread::threadLoop()只要DispSyncThread::mPeriod被设置，则开始定期发送信号。信号流为DispSyncSource::onDispSyncEvent()-->EventThread::onVSyncEvent()，EventThread::threadLoop()收到事件后，再通过EventThread::Connection::postEvent()在写端写数据；对于sf的EventThread来说，读端读到数据，则触发回调MessageQueue::cb_eventReceiver()，继而调用SF的dispatchInvalidate()，开始合成显示图层。

5.      VSYNC-app

VSYNC-app用于控制APP绘制UI的节奏，类似4，其实就是SF中app-DispSyncSource根据自己需要，转发DispSync的sync信号。

与4不同的是，SF的init()函数就已经创建了Connection，并注册在sf-EventThread中，而APP是后续有应用有需要了才会创建Connection并注册到SF的app-EventThread中。

APP中和VSYNC-app打交道的类为Choreographer，Choreographer的成员属性mDisplayEventReceiver:FrameDisplayEventReceiver用于接收SF端的VSYNC-app信号，其原理和4类似，最后就是通过native层的DisplayEventReceiver，创建并注册一个Connection到SF的sf-EventThread中，native层的DisplayEventDispatcher再将Connection的读端和自己通过addFd注册到mLooper中，后续VSYNC-app信号会触发DisplayEventDispatcher的handleEvent()，继而调用到FrameDisplayEventReceiver的onVsync()。

6.      总体类图

见下图，绿色的类代表有一个独立的线程，对于硬件支持VSYNC的情况下，一共有四个线程。

 

   参考文档：

a.http://windrunnerlihuan.com/2017/05/25/Android-SurfaceFlinger-%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E4%B9%8B%E8%B7%AF-%E4%BA%94-VSync-%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86/

b.https://blog.csdn.net/jinzhuojun/article/details/17293325

c.https://blog.csdn.net/sosesoA/article/details/51087639

d.https://blog.csdn.net/a740169405/article/details/70548443#t6