Android 显示系统：Vsync机制

Posted 2022-09-20 blogs-of-lxl

一、Vsync简介：

　　屏幕的刷新过程是每一行从左到右（行刷新，水平刷新，Horizontal Scanning），从上到下（屏幕刷新，垂直刷新，Vertical Scanning）。当整个屏幕刷新完毕，即一个垂直刷新周期完成，会有短暂的空白期，此时发出 VSync 信号。所以，VSync 中的 V 指的是垂直刷新中的垂直-Vertical。

　　android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，VSync是Vertical Synchronization(垂直同步)的缩写，是一种在PC上很早就广泛使用的技术，可以简单的把它认为是一种定时中断。而在Android 4.1(JB)中已经开始引入VSync机制，用来同步渲染，让AppUI和SurfaceFlinger可以按硬件产生的VSync节奏进行工作。

 

二、黄油计划：三个方法改进显示系统

 1.Vsync同步：

 

　　

 

　　可见vsync信号没有提醒CPU/GPU工作的情况下，第二次vsync到来需要显示内容时，CPU和GPU还没有来得及准备好下一帧的数据，所以只能接着显示上一帧的数据，产生Jank!

 

 

 

 

　　CPU/GPU接收vsync信号提前准备下一帧要显示的内容，所以能够及时准备好每一帧的数据，保证画面的流程。

 

 2.多级缓冲：

　　除了Vsync的机制，Android还使用了多级缓冲的手段以优化UI流程度，例如双缓冲(A+B)，在显示buffer A的数据时，CPU/GPU就开始在buffer B中准备下一帧数据：

　　

　　

 

 

 　　但是不能保证每一帧CPU、GPU都运行状态良好，可能由于资源抢占等性能问题导致某一帧GPU掉链子，vsync信号到来时buffer B的数据还没准备好，而此时Display又在显示buffer A的数据，导致后面CPU/GPU没有新的buffer着手准备数据，空白时间无事可做，后面Jank频出：

　　

 

 　　因此用三级缓冲来提高系统对性能波动的容忍度：

　　

 

 　　虽然GPU在准备buffer B的数据耗时过长，第二帧Jank，但是新增1个buffer可以减少CPU和GPU在vsync同步间的空白间隙，此时CPU/GPU能够利用buffer C继续工作，所以后面就不会再产生Jank了，当然具体使用多少个buffer要根据实际硬件性能情况调整，最终目的就是解决Display的Jank产生。

 

 3.Vsync虚拟化（Vsync App + Vsync SurfaceFlinger）：

　　虽然vsync使得CPU/GPU/Display同步了，但App UI和SurfaceFlinger的工作显然是一个流水线的模型。即对于一帧内容，先等App UI画完了，SurfaceFlinger再出场对其进行合并渲染后放入framebuffer，最后整到屏幕上。而现有的VSync模型是让大家一起开始干活，这样对于同一帧内容，第一个VSync信号时App UI的数据开始准备，第二个VSync信号时SurfaceFlinger工作，第三个VSync信号时用户看到Display内容，这样就两个VSync period(每个16ms)过去了，影响用户体验。
　　解决思路：SurfaceFlinger在App UI准备好数据后及时开工做合成。

　　Android 4.4(KitKat)引入了VSync的虚拟化，即把硬件的VSync信号先同步到一个本地VSync模型中，再从中一分为二，引出两条VSync时间与之有固定偏移的线程。示意图如下：

　　

 

　　这样，大家工作既保持一定的节拍，又可以相互错开，一前一后保持着流水节奏。

　　注意其中两个Phase offset参数（即VSYNC_EVENT_PHASE_OFFSET_NS和SF_VSYNC_EVENT_PHASE_OFFSET_NS）是可调的。

　　处理流程：

　　

 

 　　类型DispSync表示了一个基于硬件VSync信号的同步模型，它会根据从HWComposer来的硬件VSync信号的采样来进行同步。其它两个EventThread分别用了两个不同的虚拟VSync信号源（用DispSyncSource表示，其中包含了与真实VSync信号的偏移值），这两个VSync信号源就是被虚拟出来分别用于控制App UI和SurfaceFlinger渲染。在EventThread的线程循环中，如果有需要就会向DispSync注册相应的listener。DispSyncThread就像乐队鼓手一样控制着大家的节奏。它在主循环中会先通过已经向DispSync注册的listener计算下一个要产生的虚拟VSync信号还要多久，等待相应时间后就会调用相应listener的callback函数。这样，对于那些注册了listener的监听者来说，就好像被真实的VSync信号控制着一样。至于EventControlThread是用来向真实的VSync硬件发命令。

 

 

 

三、Vsync框架