SurfaceFlinger的硬件Vsync深入分析-千里马android framework车机手机系统开发

背景：

学过或者你看过surfaceflinger相关文章同学都知道，vsync其实都是由surfaceflinger软件层面进行模拟的，但是软件模拟有可能会有误差或偏差，这个时候就需要有个硬件vsync帮忙校准。
故才会在surfaceflinger的systrace出现如下校准波形图，这个可以看到硬件vsync开启后才有hw的vsync的脉冲产生，这个刚好可以看到成对的一上一下脉冲刚好6个，也就是经常看到的6个周期的，经过这个6个硬件vsync的校准后，软件vsync就可以调整正常。
但是。。。一切一切都是好像是这么一回事，具体怎么就产生这些硬件vsync的波形的呢？硬件vsync为啥说他来自硬件呢？怎么就来自硬件呢？好像一切都好虚是不是，那不是肯定的吗？那么今天就来彻底解密一下这个硬件vsync的执行哈，注意下面很多kernel驱动相关代码。。。。。具体相关代码付费课学员直接就会配套有哈。
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surfaceflinger端硬件Vsync的调用trace：

这个相对很好看到如下图所示：
明显看到这个东西实际是hal进程通过跨进程回调到了surfaceflinger进程的，那么就来看看hal部分

hal端的回调硬件Vsync堆栈

首先来看看我们的trace图形，这个直接surfaceflinger箭头点击一跳就可以了
这个时候就到了graphic的hal进程相关trace图形如下

可以看到这个确实是hal端的SDM_EventThread线程进行调用的，这里按着代码一直追的化追到如下地方了：

11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #00 pc 000000000003b65c  /vendor/lib64/hw/hwcomposer.msm8998.so (sdm::HWCCallbacks::Vsync(unsigned long, long)+76)
11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #01 pc 000000000002f9c8  /vendor/lib64/hw/hwcomposer.msm8998.so (sdm::HWCDisplay::VSync(sdm::DisplayEventVSync const&)+28)
11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #02 pc 000000000002c818  /vendor/lib64/libsdmcore.so (non-virtual thunk to sdm::DisplayPrimary::VSync(long)+68)
11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #03 pc 0000000000048dc8  /vendor/lib64/libsdmcore.so (sdm::HWEvents::DisplayEventHandler()+288)
11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #04 pc 0000000000048b60  /vendor/lib64/libsdmcore.so (sdm::HWEvents::DisplayEventThread(void*)+16)
11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #05 pc 00000000000b63b0  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (__pthread_start(void*)+208)
11-04 23:21:53.200   977  1065 D Vsync   : #06 pc 00000000000530b8  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (__start_thread+64)

这里就来从最根部的地方开始看到底hal的这个事件是谁触发的？是hal直接和硬件通讯？哈哈，想想也不可能是吧，因为hal进程也是个应用空间的程序而已，无法直接操作硬件。直接上代码揭晓答案：

//初始化相关的poll的fd
pollfd HWEvents::InitializePollFd(HWEventData *event_data) {
  char node_path[kMaxStringLength] = {0};
  char data[kMaxStringLength] = {0};
  pollfd poll_fd = {0};
  poll_fd.fd = -1;

  if (event_data->event_type == HWEvent::EXIT) {
    // Create an eventfd to be used to unblock the poll system call when
    // a thread is exiting.
    poll_fd.fd = Sys::eventfd_(0, 0);
    poll_fd.events |= POLLIN;
    exit_fd_ = poll_fd.fd;
  } else {
    snprintf(node_path, sizeof(node_path), "%s%d/%s", fb_path_, fb_num_,
             map_event_to_node_[event_data->event_type]);
    poll_fd.fd = Sys::open_(node_path, O_RDONLY);
    poll_fd.events |= POLLPRI | POLLERR;
  }

  if (poll_fd.fd < 0) {
    DLOGW("open failed for display=%d event=%s, error=%s", fb_num_,
          map_event_to_node_[event_data->event_type], strerror(errno));
    return poll_fd;
  }

  // Read once on all fds to clear data on all fds.
  Sys::pread_(poll_fd.fd, data , kMaxStringLength, 0);

  return poll_fd;
}
//设置相关的event_type解析方法
DisplayError HWEvents::SetEventParser(HWEvent event_type, HWEventData *event_data) {
  DisplayError error = kErrorNone;
  switch (event_type) {
    case HWEvent::VSYNC:
      event_data->event_parser = &HWEvents::HandleVSync;
      break;
    case HWEvent::IDLE_NOTIFY:
      event_data->event_parser = &HWEvents::HandleIdleTimeout;
      break;
    case HWEvent::EXIT:
      event_data->event_parser = &HWEvents::HandleThreadExit;
      break;
    case HWEvent::SHOW_BLANK_EVENT:
      event_data->event_parser = &HWEvents::HandleBlank;
      break;
    case HWEvent::THERMAL_LEVEL:
      event_data->event_parser = &HWEvents::HandleThermal;
      break;
    case HWEvent::IDLE_POWER_COLLAPSE:
      event_data->event_parser = &HWEvents::HandleIdlePowerCollapse;
      break;
    default:
      error = kErrorParameters;
      break;
  }

  return error;
}

void HWEvents::PopulateHWEventData() {
  for (uint32_t i = 0; i < event_list_.size(); i++) {
    HWEventData event_data;
    event_data.event_type = event_list_[i];
    SetEventParser(event_list_[i], &event_data);
    poll_fds_[i] = InitializePollFd(&event_data);
    event_data_list_.push_back(event_data);
  }
}

DisplayError HWEvents::Init(int fb_num, HWEventHandler *event_handler,
                            const vector<HWEvent> &event_list) {
//创建线程执行循环poll
  if (pthread_create(&event_thread_, NULL, &DisplayEventThread, this) < 0) {
    DLOGE("Failed to start %s, error = %s", event_thread_name_.c_str());
    return kErrorResources;
  }

  return kErrorNone;
}

void* HWEvents::DisplayEventThread(void *context) {
  if (context) {
    return reinterpret_cast<HWEvents *>(context)->DisplayEventHandler();
  }

  return NULL;
}
//真的线程执行体
void* HWEvents::DisplayEventHandler() {
  char data[kMaxStringLength] = {0};

  prctl(PR_SET_NAME, event_thread_name_.c_str(), 0, 0, 0);
  setpriority(PRIO_PROCESS, 0, kThreadPriorityUrgent);
 //一直循环poll中的数据
  while (!exit_threads_) {
    int error = Sys::poll_(poll_fds_.data(), UINT32(event_list_.size()), -1);

    if (error <= 0) {
      DLOGW("poll failed. error = %s", strerror(errno));
      continue;
    }
  //poll跳出阻塞说明有数据，识别数据执行相关调用的操作
    for (uint32_t event = 0; event < event_list_.size(); event++) {
      pollfd &poll_fd = poll_fds_[event];

      if (event_list_.at(event) == HWEvent::EXIT) {
        if ((poll_fd.revents & POLLIN) && (Sys::read_(poll_fd.fd, data, kMaxStringLength) > 0)) {
          (this->*(event_data_list_[event]).event_parser)(data);
        }
      } else {
        if ((poll_fd.revents & POLLPRI) &&
                (Sys::pread_(poll_fd.fd, data, kMaxStringLength, 0) > 0)) {
          (this->*(event_data_list_[event]).event_parser)(data);
        }
      }
    }
  }

  pthread_exit(0);

  return NULL;
}
//会回调到这个方法
void HWEvents::HandleVSync(char *data) {
  int64_t timestamp = 0;
  if (!strncmp(data, "VSYNC=", strlen("VSYNC="))) {
    timestamp = strtoll(data + strlen("VSYNC="), NULL, 0);
  }

  event_handler_->VSync(timestamp);
}

}  // namespace sdm

上面代码有注释，大家是不是看到熟悉的poll，是不是学了马哥跨进程专题后，这个都不是事分分钟可以看的懂这个逻辑，核心的就是观察相关的vsync的fd，有数据变化了，读取，属于vsync了就触发相关的，vsync回调，这个就是hal的vsync回调

总结其实hal的vsync回调也是监听的fd而已，没啥特殊，其实你说surfaceflinger是不是也可以监听fd直接拿不就行了么。。。哈哈哈确实可以，不过毕竟各个硬件厂商实现不一样，你不能保证其他家也这样实现，所以hal就是这个另一个作用就是解耦system 的aosp部分和vendor厂商的变化部分。

但是问题又来了，请问是谁触发了这个fd有数据的啊？

kernel进行fd的数据通知：

上面hal监听的fd来自哪里?其实大家猜想肯定应该是内核，因为毕竟是硬件vsync，所以可以触碰硬件东西当然是我们的内核驱动。这里最后找到如下代码：
drivers/video/fbdev/msm/mdss_mdp_overlay.c

//中断中调用的
/* function is called in irq context should have minimum processing */
static void mdss_mdp_overlay_handle_vsync(struct mdss_mdp_ctl *ctl,
						ktime_t t)
{
	dump_stack();
	ATRACE_BEGIN("mdss_mdp_overlay_handle_vsync");
	struct msm_fb_data_type *mfd = NULL;
	struct mdss_overlay_private *mdp5_data = NULL;

	if (!ctl) {
		pr_err("ctl is NULL\n");
		return;
	}

	mfd = ctl->mfd;
	if (!mfd || !mfd->mdp.private1) {
		pr_warn("Invalid handle for vsync\n");
		return;
	}

	mdp5_data = mfd_to_mdp5_data(mfd);
	if (!mdp5_data) {
		pr_err("mdp5_data is NULL\n");
		return;
	}

	pr_debug("vsync on fb%d play_cnt=%d\n", mfd->index, ctl->play_cnt);

	mdp5_data->vsync_time = t;
	sysfs_notify_dirent(mdp5_data->vsync_event_sd);//进行的fd数据通知
	ATRACE_END("mdss_mdp_overlay_handle_vsync");
}

驱动是vsync是靠相关的硬件中断触发的，具体的call stack如下：

11-05 00:24:24.470     0     0 I Call trace:  
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4c8a874>] dump_backtrace+0x0/0x3a8
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4c8a86c>] show_stack+0x14/0x1c
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f50280d0>] dump_stack+0xe4/0x11c
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f51037b4>] mdss_mdp_overlay_handle_vsync+0x20/0x1dc
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f50f26d0>] mdss_mdp_cmd_readptr_done+0x154/0x33c
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f50b9534>] mdss_mdp_isr+0x140/0x3bc
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f5164d94>] mdss_irq_dispatch+0x50/0x68
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f50c15cc>] mdss_irq_handler+0x84/0x1c0
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4d1a92c>] handle_irq_event_percpu+0x78/0x28c
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4d1abc8>] handle_irq_event+0x44/0x74
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4d1e714>] handle_fasteoi_irq+0xd8/0x1b0
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4d1a118>] __handle_domain_irq+0x7c/0xbc
11-05 00:24:24.470     0     0 I         : [<ffffff91f4c811d0>] gic_handle_irq+0x80/0x144

这里通过的给内核kernel打上trace结合看如下：

是不是结合trace看起来很方便，就可以清晰知道了整个调用流程：
硬件触发 kernel中断方法，写入对于的fd
—》hal进程监听fd，然后解析回调vsync进行跨进程通讯
----》surfaceflinger收到hal跨进程调用，改变自己相关的参数，调整自己软件vsync