Android帧缓冲区状态监控过程源码分析

SurfaceFlinger服务在启动的时候，会创建一个线程来监控由内核发出的帧缓冲区硬件事件。每当帧缓冲区要进入睡眠状态时，内核就会发出一个睡眠事件，这时候SurfaceFlinger服务就会执行一个释放屏幕的操作；而当帧缓冲区从睡眠状态唤醒时，内核就会发出一个唤醒事件，这时候SurfaceFlinger服务就会执行一个获取屏幕的操作。

status_t SurfaceFlinger::readyToRun()
{
    ALOGI( "SurfaceFlinger's main thread ready to run. "
            "Initializing graphics H/W...");
    // we only support one display currently
    int dpy = 0;
    {
        // initialize the main display
        GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));
        DisplayHardware* const hw = new DisplayHardware(this, dpy);
        plane.setDisplayHardware(hw);
    }
	...
	//启动显示屏睡眠/唤醒状态监控
	hw.startSleepManagement();
	...
}

在SurfaceFlinger启动过程中，将创建一个DisplayHardware对象，在构造DisplayHardware的父类DisplayHardwareBase对象时，会创建一个线程，用来监控硬件帧缓冲区的睡眠和唤醒事件。我们知道，在构造一个子类对象时，首先会调用父类的构造函数，因此在构造DisplayHardware对象时，首先会执行DisplayHardwareBase的构造函数：

DisplayHardwareBase::DisplayHardwareBase(const sp<SurfaceFlinger>& flinger,
        uint32_t displayIndex) 
{
    mScreenAcquired = true;
	//创建一个帧缓存区状态监控线程
    mDisplayEventThread = new DisplayEventThread(flinger);
}

DisplayEventThread线程用于监控硬件帧缓存区的状态，其构造函数如下：

DisplayHardwareBase::DisplayEventThread::DisplayEventThread(
        const sp<SurfaceFlinger>& flinger)
    : Thread(false), mFlinger(flinger) {
}

当SurfaceFlinger服务初始化完成后，在SurfaceFlinger的readyToRun()函数最后，将调用DisplayHardware对象Hw的startSleepManagement()函数来启动DisplayEventThread线程

void DisplayHardwareBase::startSleepManagement() const {
    if (mDisplayEventThread->initCheck() == NO_ERROR) {
        mDisplayEventThread->run("DisplayEventThread", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    } else {
        ALOGW("/sys/power/wait_for_fb_{wake|sleep} don't exist");
    }
}

当硬件帧缓冲区被打开时，帧缓冲区驱动程序就会创建/sys/power/wait_for_fb_sleep和/sys/power/wait_for_fb_wake文件，用来通知用户空间显示屏即将要进入睡眠/唤醒状态。函数首先调用initCheck()函数来检查/sys/power/wait_for_fb_sleep和/sys/power/wait_for_fb_wake文件是否存在，如果文件存在，则启动DisplayEventThread线程，DisplayEventThread线程的执行过程如下：

bool DisplayHardwareBase::DisplayEventThread::threadLoop() {
	//等待硬件帧缓冲区fb进入睡眠状态，如果fb进入睡眠，函数返回，否则函数阻塞
    if (waitForFbSleep() == NO_ERROR) {
        sp<SurfaceFlinger> flinger = mFlinger.promote();
        ALOGD("About to give-up screen, flinger = %p", flinger.get());
		//如果硬件帧缓冲区fb进入睡眠状态，则通知SurfaceFlinger释放显示屏
        if (flinger != 0) {
            flinger->screenReleased();
        }
		//等待硬件帧缓冲区fb进入唤醒状态，如果fb被唤醒，函数返回，否则函数阻塞
        if (waitForFbWake() == NO_ERROR) {
            ALOGD("Screen about to return, flinger = %p", flinger.get());
			//如果硬件帧缓冲区fb被唤醒，则通知SurfaceFlinger获取显示屏
            if (flinger != 0) {
                flinger->screenAcquired();
            }
			//线程循环执行threadLoop()函数
            return true;
        }
    }
    // error, exit the thread
    return false;
}

在DisplayEventThread线程执行过程中，通过waitForFbSleep()和waitForFbWake()函数分别等待硬件帧缓冲区的睡眠/唤醒，当fb进入睡眠时，调用SurfaceFlinger的screenReleased()函数释放显示屏；当fb被唤醒时，调用SurfaceFlinger的screenAcquired()函数来获取显示屏。首先介绍fb睡眠监控过程：

status_t DisplayHardwareBase::DisplayEventThread::waitForFbSleep() {
    int err = 0;
    char buf;
	//kSleepFileName = "/sys/power/wait_for_fb_sleep";
    int fd = open(kSleepFileName, O_RDONLY, 0);
    // if the file doesn't exist, the error will be caught in read() below
    do {
		//读取"/sys/power/wait_for_fb_sleep"文件，如果文件不存在或者正确读取文件内容，该函数退出循环
        err = read(fd, &buf, 1);
    } while (err < 0 && errno == EINTR);
    close(fd);
    ALOGE_IF(err<0, "*** ANDROID_WAIT_FOR_FB_SLEEP failed (%s)", strerror(errno));
    return err < 0 ? -errno : int(NO_ERROR);
}

我们知道，当硬件帧缓冲区fb进入睡眠状态时，fb驱动程序会通过写/sys/power/wait_for_fb_sleep文件来告知用户空间的应用程序当前硬件帧缓冲fb的状态，因此，DisplayEventThread线程只需读取/sys/power/wait_for_fb_sleep文件内容就可以判断fb是否进入睡眠状态。当fb进入睡眠状态时，DisplayEventThread线程就可以读取到/sys/power/wait_for_fb_sleep文件的内容，waitForFbSleep函数返回，否则循环读取/sys/power/wait_for_fb_sleep文件。同样，当硬件帧缓冲区fb被唤醒时，fb驱动程序会通过写/sys/power/wait_for_fb_wake文件来告知用户空间的应用程序当前硬件帧缓冲fb的状态：

status_t DisplayHardwareBase::DisplayEventThread::waitForFbWake() {
    int err = 0;
    char buf;
	//kWakeFileName  = "/sys/power/wait_for_fb_wake";
    int fd = open(kWakeFileName, O_RDONLY, 0);
    // if the file doesn't exist, the error will be caught in read() below
    do {
		//读取"/sys/power/wait_for_fb_wake"文件，如果文件不存在或者正确读取文件内容，该函数退出循环
        err = read(fd, &buf, 1);
    } while (err < 0 && errno == EINTR);
    close(fd);
    ALOGE_IF(err<0, "*** ANDROID_WAIT_FOR_FB_WAKE failed (%s)", strerror(errno));
    return err < 0 ? -errno : int(NO_ERROR);
}

当fb被唤醒时，DisplayEventThread线程就可以读取到/sys/power/wait_for_fb_wake文件的内容，waitForFbWake函数返回，否则循环读取/sys/power/wait_for_fb_wake文件。到此我们就知道DisplayEventThread线程是如何获取硬件帧缓冲区fb的状态，一旦DisplayEventThread线程监控到硬件帧缓冲区fb发生唤醒/睡眠状态切换，那么就会它通知SurfaceFlinger来处理。

1. 显示屏释放过程

当fb进入睡眠时，DisplayEventThread线程将调用SurfaceFlinger的screenReleased()函数来释放显示屏：

void SurfaceFlinger::screenReleased() {
    class MessageScreenReleased : public MessageBase {
        SurfaceFlinger* flinger;
    public:
        MessageScreenReleased(SurfaceFlinger* flinger) : flinger(flinger) { }
        virtual bool handler() {
            flinger->onScreenReleased();
            return true;
        }
    };
    sp<MessageBase> msg = new MessageScreenReleased(this);
    postMessageSync(msg);
}

在 Android SurfaceFlinger服务的消息循环过程源码分析中介绍了SurfaceFlinger维护的消息循环过程。这里定义了一种释放显示屏的消息类型MessageScreenReleased，并通过postMessageSync()函数向SurfaceFlinger的消息队列同步发送一个MessageScreenReleased消息，由于发送的是一个同步消息，因此该函数将等待SurfaceFlinger的消息循环处理完该消息后才返回。当MessageScreenReleased消息被发送到SurfaceFlinger的消息队列后，SurfaceFlinger的消息循环将调用该消息的处理函数handler()，在MessageScreenReleased消息处理函数handler()中又继续调用SurfaceFlinger的onScreenReleased()函数来释放显示屏：

void SurfaceFlinger::onScreenReleased() {
    const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());
    if (hw.isScreenAcquired()) {
		//将显示屏释放转交给EventThread线程处理
        mEventThread->onScreenReleased();
		//设置DisplayHardwareBase类的成员变量mScreenAcquired为false
        hw.releaseScreen();
    }
}

函数首先调用EventThread线程的onScreenReleased()函数来唤醒EventThread线程，并且关闭VSync事件。

void EventThread::onScreenReleased() {
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    if (!mUseSoftwareVSync) {
        // disable reliance on h/w vsync
        mUseSoftwareVSync = true;
        mCondition.broadcast();
    }
}

而当显示屏处于睡眠状态时，DisplayHardwareBase类的成员变量mScreenAcquired的值就会等于false，表示SurfaceFlinger服务不可以访问显示屏。

void DisplayHardwareBase::releaseScreen() const {
    mScreenAcquired = false;
}

2. 显示屏获取过程

当fb被唤醒时，DisplayEventThread线程将调用SurfaceFlinger的screenAcquired()函数来获取显示屏：

void SurfaceFlinger::screenAcquired() {
    class MessageScreenAcquired : public MessageBase {
        SurfaceFlinger* flinger;
    public:
        MessageScreenAcquired(SurfaceFlinger* flinger) : flinger(flinger) { }
        virtual bool handler() {
            flinger->onScreenAcquired();
            return true;
        }
    };
    sp<MessageBase> msg = new MessageScreenAcquired(this);
    postMessageSync(msg);
}

这里定义了一种获取显示屏的消息类型MessageScreenAcquired，同样往SurfaceFlinger的消息队列中同步发送一个MessageScreenAcquired消息，SurfaceFlinger的消息循环将调用该消息的handler()函数来处理该消息，在该消息的处理函数handler()中，调用SurfaceFlinger的onScreenAcquired()函数来获取显示屏：

void SurfaceFlinger::onScreenAcquired() {
    const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());
    hw.acquireScreen();
    mEventThread->onScreenAcquired();
    // this is a temporary work-around, eventually this should be called
    // by the power-manager
    SurfaceFlinger::turnElectronBeamOn(mElectronBeamAnimationMode);
    // from this point on, SF will process updates again
    repaintEverything();
}

首先调用DisplayHardware对象hw的acquireScreen()函数设置DisplayHardwareBase类的成员变量mScreenAcquired的值就会等于true，表示SurfaceFlinger服务可以访问显示屏。

void DisplayHardwareBase::acquireScreen() const {
    mScreenAcquired = true;
}

接着调用EventThread的onScreenAcquired()函数来唤醒EventThread线程，并打开VSync事件发送器。

void EventThread::onScreenAcquired() {
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    if (mUseSoftwareVSync) {
        // resume use of h/w vsync
        mUseSoftwareVSync = false;
        mCondition.broadcast();
    }
}

然后调用SurfaceFlinger的turnElectronBeamOn()函数点亮显示屏

status_t SurfaceFlinger::turnElectronBeamOn(int32_t mode)
{
    class MessageTurnElectronBeamOn : public MessageBase {
        SurfaceFlinger* flinger;
        int32_t mode;
        status_t result;
    public:
        MessageTurnElectronBeamOn(SurfaceFlinger* flinger, int32_t mode)
            : flinger(flinger), mode(mode), result(PERMISSION_DENIED) {
        }
        status_t getResult() const {
            return result;
        }
        virtual bool handler() {
            Mutex::Autolock _l(flinger->mStateLock);
            result = flinger->turnElectronBeamOnImplLocked(mode);
            return true;
        }
    };
    postMessageAsync( new MessageTurnElectronBeamOn(this, mode) );
    return NO_ERROR;
}

和前面SurfaceFlinger处理显示屏的释放、获取类似，也是为显示屏点亮处理定义类型为MessageTurnElectronBeamOn的消息，并向SurfaceFlinger消息队列中发送一个该类型的消息，有一点不同的是，这里的消息采用异步方式发送。SurfaceFlinger消息循环将调用该消息的处理函数handler来点亮显示屏，在消息处理函数中又调用SurfaceFlinger的turnElectronBeamOnImplLocked函数来完成显示屏的点亮处理。

status_t SurfaceFlinger::turnElectronBeamOnImplLocked(int32_t mode)
{
    DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).editDisplayHardware());
	//通过DisplayHardwareBase类的成员变量mScreenAcquired来判断当前显示屏是否可用
    if (hw.canDraw()) {
        // we're already on
        return NO_ERROR;
    }
	//是否需要显示动画
    if (mode & ISurfaceComposer::eElectronBeamAnimationOn) {
        electronBeamOnAnimationImplLocked();
    }
    //设置脏区域为整个屏幕大小
    mDirtyRegion.set(hw.bounds());
	//请求VSync事件
    signalTransaction();
    return NO_ERROR;
}

该函数通过调用signalTransaction()函数来请求下一次VSync事件

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

变量mEventQueue的类型为MessageQueue，因此这里调用MessageQueue的invalidate()函数

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

在 Android SurfaceFlinger对VSync信号的处理过程分析中介绍了SurfaceFlinger通过Connection来接收EventThread线程分发的VSync事件，这里调用Connection的requestNextVsync()函数请求EventThread线程分发下一次的VSync事件。

void EventThread::Connection::requestNextVsync() {
    mEventThread->requestNextVsync(this);
}

通过唤醒EventThread线程来请求下一次VSync事件

void EventThread::requestNextVsync(const sp<EventThread::Connection>& connection) {
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    if (connection->count < 0) {
        connection->count = 0;
        mCondition.broadcast();
    }
}

回到onScreenAcquired()函数，最后调用repaintEverything()函数请求刷新显示屏。

void SurfaceFlinger::repaintEverything() {
    const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());
    const Rect bounds(hw.getBounds());
    setInvalidateRegion(Region(bounds));
    signalTransaction();
}

DisplayHardwareBase类用来控制SurfaceFlinger服务是否能够在显示屏上渲染UI。当DisplayHardwareBase类的成员函数canDraw的返回值等于true时，就表示SurfaceFlinger服务可以在显示屏上渲染系统的UI，否则就不可以。DisplayEventThreadBase类的创建一个名称为“DisplayEventThread”的线程，用来监控fb的睡眠/唤醒状态切换事件。这个线程循环调用DisplayEventThread类的成员函数threadLoop来监控fb的睡眠/唤醒状态切换事件，并根据fb的状态通知SurfaceFlinger释放或获取显示屏。

秒客网

Android帧缓冲区状态监控过程源码分析

1. 显示屏释放过程

2. 显示屏获取过程

相关文章