Android 显示疑难问题分析基础

1. 显示基本流程

分析卡顿需要了解显示的基本流程：

• 绘制过程（DrawFrame)
  • 申请 Buffer
  • 绘制（HWUI Opengl/Vulkan 视频解码等方式绘制）
  • 提交 buffer
• 合成 (Compose):
  • 一个 Vsycn 周期内收集到多个 Buffer
  • 多个 Buffer 叠合成到一个 Buffer（Device/Clent 合成）
  • 送到 panel 显示
  • 显示完成，release buffer

整体的 Buffer 流转如下图所示：

2 Peffetto 中，显示相关 Slice

2.1 Vsync 信号

• VSYNC-app VSYNC-sf，是在 VSYNC—HW 信号基础上重新计算以后发出周期性软件信号
• VSYNC-app 是控制 App 端绘制过程帧率的，VSYNC-sf 是控制 SurfaceFlinger 合成过程的帧率的
• 两者一般会有一定的相位差，用于避免短时间内过高的资源占用。

2.2 绘制过程

App 中的帧绘制：

同步 DisplayList 过程会调用到主线程的 wait 操作，会阻塞主线程，绝大部分情况，阻塞时间很短。在 ANR 堆栈中经常会出现类型如下的堆栈信息：

android.graphics.HardwareRenderer.nSyncAndDrawFrame(Native method)
android.graphics.HardwareRenderer.syncAndDrawFrame(HardwareRenderer.java:465)
android.view.ThreadedRenderer.draw(ThreadedRenderer.java:645)
android.view.ViewRootImpl.draw(ViewRootImpl.java:4831)
android.view.ViewRootImpl.performDraw(ViewRootImpl.java:4537)
android.view.ViewRootImpl.performTraversals(ViewRootImpl.java:3630)
android.view.ViewRootImpl.doTraversal(ViewRootImpl.java:2357)
android.view.ViewRootImpl$TraversalRunnable.run(ViewRootImpl.java:9304)
android.view.Choreographer$CallbackRecord.run(Choreographer.java:1129)
android.view.Choreographer.doCallbacks(Choreographer.java:926)
android.view.Choreographer.doFrame(Choreographer.java:840)
android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver.run(Choreographer.java:1114)
android.os.Handler.handleCallback(Handler.java:938)
android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:99)
android.os.Looper.loopOnce(Looper.java:210)
android.os.Looper.loop(Looper.java:299)
android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:8306)

nSyncAndDrawFrame 方法用于发起同步和 RenderThread 后续的回执操作，这里会有一个主线程的 wait 操作，如果这个时候发生了 ANR ，会去扫描所有线程状态，打印出 wait 状态的调用栈信息。如果发生 ANR 的时候，主线程正在执行同步操作，就会看到 nSyncAndDrawFrame 相关堆栈，很多时候并不是同步操作本身造成的。

显示 Buffer 申请与 Fence 处理：

显示 Buffer 的提交：

GPU 渲染过程可能会等待 HWC Fence：

2.3 SF 中的合成过程

Vsync 申请与分发过程：

SurfaceFlinger 主线程 commit 过程：

• updateLayerSnapshots 函数负责在每个帧周期中处理图层事务、更新图层状态、生成图层快照，并执行缓冲区闩锁（buffer latching）操作
• chooseRefreshRateForContent 函数用于选择当前的刷新率。

sf 主线程 composite 过程：

• device 合成的情况

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OverlayEngine 是 HWC 中处理图层合成的主要线程，调用显示驱动完成显示相关的操作（mtk 平台）。

• client + device 合成的情况

需要注意的是，drawLayers 只是在做 GPU 合成需要的 texture 的准备工作，如果是 drawLayers 本身时间久，则瓶颈是在 CPU, 需分析 CPU 频率, Loading 以及大小核状况

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• 在 Client 合成中，“RE Completion” 与 “GPU Completion” 本质上通过同一个 Fence 串联在一起：RenderEngine 提交 GPU 作业并返回一个 Fence ；当该 Fence 发出信号时，表示 GPU 完成了这次 Client 目标缓冲的渲染。
• 这个 Fence 随后充当多重角色：作为 readyFence 入队到 BufferQueue 、作为 client target acquire fence 传递给 HWC 的 setClientTarget 、并被 FrameTracker / TimeStats 记录时序。

Fence 的整体流程分析可以参考下图：

Fence 还有一点需要特别注意，当系统属性配置如下时：

• debug.sf.latch_unsignaled = false
• debug.sf.auto_latch_unsignaled = true

SurfaceFlinger 会被配置为 AutoSingleLayer 模式，会存在锁存 unsignaled buffer 的情况。

AutoSingleLayer 模式主要在视频播放，游戏，相机等场景适用，更多信息可以参考 google 文档：https://source.android.google.cn/docs/core/graphics/unsignaled-buffer-latch?hl=zh-cn