Android 4.4对VSync机制的一个改进

在Android4.4中，对VSync机制的实现进行了一些修改，但是总体过程还是一样：

1. HWComposer将底层硬件产生的VSync报告给SurfaceFlinger

2. SurfaceFlinger将VSync又通知给EventThread线程。

3. EventThread收到VSync事件后，调用相应的回调函数。

总体来看，主要的修改有如下几点：

1. 引入了VSync Event Model，通过该模型，来充当VSync的事件源，它的VSync时间戳当然是基于硬件为参考的，具体实现在DispSync类中，它会周期性的调用注册到这个对象上的回调函数。

2. SurfaceFlinger新定义了一个DispSyncSource类，该类继承自VSyncSource和DispSync::Callback，实现了DispSync::Callback定义的回调接口onDispSyncEvent，在该接口里面，会调用注册到DispSyncSource的回调函数接口VSyncSource::Callback对象，并调用其实现的onVSyncEvent函数接口。

3. EventThread的主要改动是构造函数接受一个VSynSource的智能指针对象，其本身也实现了VSyncSource::Callback接口，即其本身也是一个VSyncSource::Callback对象。因为它会将自己注册给DispSyncSource对象作为他的一个周期性回调函数，所以会调用它实现的onVSyncEvent函数。

4. 开启和关闭硬件VSync功能放在一个单独的线程中，叫EventControlThread。

通过SurfaceFlinger的onVSyncReceived代码可以看到：

void SurfaceFlinger::onVSyncReceived(int type, nsecs_t timestamp) {

bool needsHwVsync = false;

{ // Scope for the lock

Mutex::Autolock _l(mHWVsyncLock);

if (type == 0 && mPrimaryHWVsyncEnabled) {

needsHwVsync = mPrimaryDispSync.addResyncSample(timestamp);

}

}

if (needsHwVsync) {

enableHardwareVsync();

} else {

disableHardwareVsync(false);

}

}

从代码可知，底层硬件不用周期性地产生VSync信号，而是按需产生。这是一个重要的优化。这一切都与DispSync类有关。 每次从底层收到一个硬件产生的VSync事件，都会进行判断，是否有必要继续产生硬件VSync事件，只有当它认为与硬件VSync事件有偏离时（即时间戳与硬件对应的Fence对象上的时间戳偏移超出预设的值时），才需要启用硬件产生VSync事件，否则，它就可以代表底层的VSync事件，无需硬件产生VSync事件，从而达到省电的目的。对于SurfaceFlinger，EventThread之间消息的传递流程，大体与4.3没有太多变化，所以本文重点关注DispSync及其所代表的VSync事件模型的原理。

1. VSyncSource类分析

Android4.4引入了VSyncSource类，这是一个重大的改变，它降低了SurfaceFlinger与EventThread的逻辑耦合，它的定义如下：

class VSyncSource : public virtual RefBase {

public:

class Callback: public virtual RefBase {

public:

virtual ~Callback() {}

virtual void onVSyncEvent(nsecs_t when) = 0;

};

virtual ~VSyncSource() {}

virtual void setVSyncEnabled(bool enable) = 0;

virtual void setCallback(const sp<Callback>& callback) = 0;

};

顾名思义，它代表了一个Vsync源，EventThread类目前直接通过VSyncSource获取VSync事件信息。所以，理论上，只有维护好VSync源，EventThread就会源源不断地收到VSync事件，而至于VSync源是否依赖于底层硬件真实的VSync事件信号，则对EventThread来说，是完全透明的。

另外，VSyncSource是一个纯虚类，在SurfaceFlinger中，定义了一个内部类DispSyncSource，该类实际上是通过DispSync类定义的事件模型来维护一个VSync事件源。当有VSync事件需要上报给EventThread类处理时，则会有如下的调用过程：

DispSync类会通过DispSyncThread类调用DispSyncSource的onDispSyncEvent，在该方法中会调用EventThread的onVSyncEvent函数。

2. DispSync

DispSync维护了一个这样的模型（VSync事件模型）：利用显示设备的硬件VSync事件周期性的特征，在硬件Vsync事件特定的偏移处周期性地执行回调函数。即只要显示设备的Vsync硬件事件周期性地到来，DispSync就会在Vsync事件到来的特定时间偏移点，执行相应的回调函数。具体实现是通过addResyncSample方法向DispSync对象喂连续的硬件事件时间戳。

通过使用传递给DispSync对象的一系列Fence对象的时间戳，来判定是否启用该模型。

这些Fence对象的时间戳对应于底层硬件Vsync事件时间戳，但是它们不一定是连续的硬件Vsync 时间戳。如果该方法认为当前模型精确地代表了硬件事件时间戳，它将返回false，表明不需要继续进行同步了。

先简单看下DispSync类的定义：

class DispSync {
public:
class Callback: public virtual RefBase {

public:

virtual ~Callback() {};

virtual void onDispSyncEvent(nsecs_t when) = 0;

};
...
bool addPresentFence(const sp<Fence>& fence);
...
void beginResync();

bool addResyncSample(nsecs_t timestamp);

void endResync();
}

1. 定义了一个内部接口类，Callback，方法接口名称：onDispSyncEvent， DispSync对象会周期性地调用此函数。

2. addPresentFence(constsp<Fence>& fence)，引函数主要用于验证当前的VSync模型是否正常，即有没有偏离实际的硬件VSync时间戳。当返回值为true时，表明当前Vsync Event模型已经与硬件Vsync事件偏离，需要重新同步。

3. beginResync(), addResyncSample(),endResync()。

当Vsync事件模型时间戳与硬件对应的Fence对象的时间戳偏离后，需要依次调用上述三个接口来同步，只要addResyncSample()返回false，就表明已经同步完成，此时VSync 事件模型与硬件Vsync事件又保持一致了。

刚开机的时候，底层硬件Vsync是打开的，它会周期性产生Vsync事件，HWComposer会回调SurfaceFlinger的onVSyncReceived()接口，在这个接口里面，每次调用addResyncSample()使Vsync 事件模型时间戳与硬件对应的Fence对象的时间戳趋于同步，当返回true时，此时表明同步已经完成，会关闭底层的VSync事件。底层不再会周期性地调用onVSyncReceived()接口。

另一方面，在每次叠图后，会调用postComposition(), 在该函数中，每次会调用addPresentFence()检查Vsync事件模型与硬件对应的Fence对象的时间戳是否有偏移，当返回true, 表明需要进行同步，此时会开启硬件VSync。

void SurfaceFlinger::postComposition()

{
...
const HWComposer& hwc = getHwComposer();

sp<Fence> presentFence = hwc.getDisplayFence(HWC_DISPLAY_PRIMARY);
if (presentFence->isValid()) {
if (mPrimaryDispSync.addPresentFence(presentFence)) {
enableHardwareVsync();
} else {
disableHardwareVsync(false);
}
}
if (runningWithoutSyncFramework) {
const sp<const DisplayDevice> hw(getDefaultDisplayDevice());
if (hw->isScreenAcquired()) {
enableHardwareVsync();
}
}
...

}

另外，从代码中也可以发现，当缺少Android Sync框架的支持时，则硬件VSync不能关闭，会一直保持打开状态。