LVGL源码学习之渲染、更新过程(1)---标记和激活

LVGL版本：8.1

在正式探究源码前，先对几个和更新相关的名词进行说明，有些名词后面可能会混用：

• 渲染（render）：指的是将发生修改的对象，根据修改的内容，重新写入显示缓存；
• 绘制（draw）：在LVGL中可以等同于渲染概念；
• 融合（blend）：在LVGL中特指写入缓存的过程；
• 刷写（flush）：将显示缓存写入显示器，这是写入硬件的过程；
• 更新/刷新（refresh）：指的是渲染/绘制和更新两个过程的结合，即：将修改的对象显示到显示器屏幕上。

LVGL的层级概念：

显示器（Display）是绘制和显示像素（flush）的硬件对象；

屏幕（screen）是显示器下的高级根对象，一个显示器可以存在多个屏幕（同一时刻仅显示一个屏幕），但一个屏幕只对应一个显示器；

控件（Widgets），是LVGL图形界面的核心元素，是显示和交互的基石，上面所说的屏幕本质上也是一种控件。

缓冲模式(buffer)：

       这里说的缓冲指的就是显示缓存，通常将单个缓冲大小设置为显示器的像素总数，如果内存紧缺，也可以设置一个较小的缓冲，同样可以实现正常的显示效果，只是效率会相对低一些。在LVGL中，可以设置单缓冲和双缓冲两种缓冲模式。

• 单缓冲：缓冲同时用于刷写和更新，若当前正在刷写，则所有的渲染都需要等待，直至刷写完成；
• 双缓冲：一个用于缓存刷写，另一个用于更新渲染，渲染完成后复制到另一个缓冲进行刷写（或交换地址进行刷写），两个缓冲并行工作；

更新模式：

• 直写模式（direct）：根据绝对位置坐标对显示缓存进行绘制，该模式下需要显示缓存大小等于显示器的像素总数，因此每片区域更新完毕后，可以直接将缓冲刷写到显示器上。如果设置了双缓冲，则每次渲染完毕将更新的区域记录下来，留给另一块缓冲渲染使用；
• 全刷新（full_refresh）：每次发生更新，总是重新绘制整个屏幕（而非区域重绘），该模式和缓冲数量无关：在单缓冲下刷写和渲染不能同时进行；如果使用双缓冲，可以在刷写时仅交换缓冲地址；
• 普通模式（normal）：又称分块模式（partial），上述两种模式标志位都为0时触发，分块刷新区域。和直接模式不同的是，普通模式可以设置较小的缓冲，分块刷写到显示器硬件。

       以上相关概念的介绍，将会在接下来的源码分析经常使用到。

更新过程

       更新源自于对象的修改，从显示器、屏幕到组件层对象的修改都可以触发更新，因此从标记这些修改开始，开启LVGL渲染更新的过程。

标记和激活

       每次修改样式后（包括手动修改、动画修改等），都会触发更新，告诉系统要对被修改的对象节点进行标记，具体包括标记无效区域（invalidate area）和标记脏对象（dirty）两种。

//lv_obj_style.c
void lv_obj_refresh_style(lv_obj_t * obj, lv_style_selector_t selector, lv_style_prop_t prop)
{LV_ASSERT_OBJ(obj, MY_CLASS);if(!style_refr) return;lv_obj_invalidate(obj);   //标记无效区域lv_part_t part = lv_obj_style_get_selector_part(selector);if(prop & LV_STYLE_PROP_LAYOUT_REFR) {  //需要更新布局if(part == LV_PART_ANY ||part == LV_PART_MAIN ||lv_obj_get_style_height(obj, 0) == LV_SIZE_CONTENT ||lv_obj_get_style_width(obj, 0) == LV_SIZE_CONTENT) {lv_event_send(obj, LV_EVENT_STYLE_CHANGED, NULL);lv_obj_mark_layout_as_dirty(obj);   //标记脏数据}}if((part == LV_PART_ANY || part == LV_PART_MAIN) && (prop == LV_STYLE_PROP_ANY ||(prop & LV_STYLE_PROP_PARENT_LAYOUT_REFR))) {  //需要更新父节点的布局lv_obj_t * parent = lv_obj_get_parent(obj);if(parent) lv_obj_mark_layout_as_dirty(parent);  //标记脏数据}if(prop == LV_STYLE_PROP_ANY || (prop & LV_STYLE_PROP_EXT_DRAW)) {lv_obj_refresh_ext_draw_size(obj);  //更新额外绘制区域}lv_obj_invalidate(obj);  //标记无效区域if(prop == LV_STYLE_PROP_ANY ||((prop & LV_STYLE_PROP_INHERIT) && ((prop & LV_STYLE_PROP_EXT_DRAW) || (prop & LV_STYLE_PROP_LAYOUT_REFR)))) {if(part != LV_PART_SCROLLBAR) {refresh_children_style(obj);}}
}

标记无效区域（invalidate area）：

       所有无效区域都被存储到inv_areas[]中，且用inv_p标识当前的无效区域数量。

//lv_hal_disp.h
typedef struct _lv_disp_t {/*......*//** Invalidated (marked to redraw) areas*/lv_area_t inv_areas[LV_INV_BUF_SIZE];  //数组，存储前面标记的所有无效区域坐标uint16_t inv_p;  //无效区域数量/*......*/
} lv_disp_t;

       具体标记函数为lv_obj_invalidate()：

//lv_obj_pos.c
void lv_obj_invalidate(const lv_obj_t * obj)
{LV_ASSERT_OBJ(obj, MY_CLASS);/* 获取对象所在的区域坐标 */lv_area_t obj_coords;lv_coord_t ext_size = _lv_obj_get_ext_draw_size(obj);  //获取额外绘制大小lv_area_copy(&obj_coords, &obj->coords);obj_coords.x1 -= ext_size;obj_coords.y1 -= ext_size;obj_coords.x2 += ext_size;obj_coords.y2 += ext_size;lv_obj_invalidate_area(obj, &obj_coords);  //标记对象所在的无效区域
}

       底层调用_lv_inv_area()，对于全刷新模式(full_refresh)，一旦对象发生样式修改，就会将全屏区域纳入无效区域，且仅更新一次。而其它模式下，将在更新任务到来之前，收集所有在此期间发生修改的无效区域，并记录数量。

//lv_refr.c
/*** 函数功能：将显示器某区域标记为无效区域* @param disp 指针，被标记区域属于哪个“显示器(displayer)”，就是“屏幕(screen)”的上层* @param area_p 指针，被标记的区域坐标范围（x1,y1,x2,y2）*/
void _lv_inv_area(lv_disp_t * disp, const lv_area_t * area_p)
{if(!disp) disp = lv_disp_get_default();if(!disp) return;/* 传入区域为NULL时，将无效区域数组长度设为0，表示清除无效区域(invalidate area)，这是个用于清除的特殊操作 */if(area_p == NULL) {disp->inv_p = 0;return;}lv_area_t scr_area;   //获取显示器的显示范围scr_area.x1 = 0;scr_area.y1 = 0;scr_area.x2 = lv_disp_get_hor_res(disp) - 1;scr_area.y2 = lv_disp_get_ver_res(disp) - 1;lv_area_t com_area;bool suc;suc = _lv_area_intersect(&com_area, area_p, &scr_area);  //取显示范围和无效区域的并集if(suc == false)  return; /* 超出显示范围，直接返回 *//* 在全刷新(full_refresh)模式下，只要发生样式更新，就设置无效区域为全屏，且仅更新一次 */if(disp->driver->full_refresh) {disp->inv_areas[0] = scr_area;  //刷新全屏，只需要设置第一个索引区域为全屏disp->inv_p = 1;   //只更新一次（全屏）lv_timer_resume(disp->refr_timer);   //恢复更新任务定时器，等待更新执行return;}/* 其它模式下，需要一个个将无效区域加入到数组中，并更新索引 *///有些设备只能匹配特定宽高的像素，需要对区域做舍入处理if(disp->driver->rounder_cb) disp->driver->rounder_cb(disp->driver, &com_area);/* 若当前无效区域是数组中已存在的区域的子集，则作废当前区域并返回 */uint16_t i;for(i = 0; i < disp->inv_p; i++) {if(_lv_area_is_in(&com_area, &disp->inv_areas[i], 0) != false) return;}/* 保存当前无效区域 */if(disp->inv_p < LV_INV_BUF_SIZE) {lv_area_copy(&disp->inv_areas[disp->inv_p], &com_area);}else {   /* 如果无效区域数量超出设定，则清空并从0保存 */disp->inv_p = 0;lv_area_copy(&disp->inv_areas[disp->inv_p], &scr_area);}disp->inv_p++;  //无效区域数量加1lv_timer_resume(disp->refr_timer);  //恢复更新任务定时器，告诉系统可以继续定时更新了
}

标记脏数据（dirty）：

       当对象被修改时，有两种情况下可能会被标记为脏数据：

• 如果带有更新布局的标志位（通常对象大小、位置、变换等样式会附带），就会被标记为脏数据以便后期更新布局；
• 的

       后面在布局更新时会再次提及，其最终目的还是为了标记无效区域。

//lv_obj_pos.c
void lv_obj_mark_layout_as_dirty(lv_obj_t * obj)
{obj->layout_inv = 1;  //将对象标记为脏（无效invalidate）lv_obj_t * scr = lv_obj_get_screen(obj);scr->scr_layout_inv = 1;  //将对象所处的屏幕标记为脏（无效invalidate）lv_disp_t * disp = lv_obj_get_disp(scr);  //获取该对象所在的屏幕lv_timer_resume(disp->refr_timer);  //恢复显示器的刷新定时器，告诉系统该显示器可以继续定时更新了
}

        无论是无效区域还是脏数据的标记，在每次标记完后，都会启动更新任务的定时器（重复的启动仅以第一次有效），可以称这个过程为“激活”，在定时器到期后，系统会调用更新任务进行屏幕内容的刷新。

定时更新

       在注册显示器时，LVGL就为其创建了更新定时器，默认周期为30ms。上一节说到，在标记修改后会激活更新任务的定时器，就是启动该定时器，即：

//lv_hal_disp.c
lv_disp_t * lv_disp_drv_register(lv_disp_drv_t * driver)
{/*......*/disp->refr_timer = lv_timer_create(_lv_disp_refr_timer, LV_DISP_DEF_REFR_PERIOD, disp);/*......*/
}

       其中定时更新的函数_lv_disp_refr_timer()是本文的核心，内容有很多，主要包括布局更新、区域合并、区域分块刷新、硬件刷写以及监视器更新（需要在配置文件激活），其中监视器内容本质上是重复上面的更新内容。下面将着重探究前面的几个重点部分。

//lv_refr.c
void _lv_disp_refr_timer(lv_timer_t * tmr)
{REFR_TRACE("begin");uint32_t start = lv_tick_get();volatile uint32_t elaps = 0;disp_refr = tmr->user_data;  //这里的user_data就是注册显示器时传入的display#if LV_USE_PERF_MONITOR == 0 && LV_USE_MEM_MONITOR == 0/*** 如果使用了任意监视器，会在屏幕左下角（或右下角）实时显示CPU和内存使用情况，此时就不可以暂停更新定时器。* 否则必须暂停定时器，等待有脏数据产生再启动*/lv_timer_pause(tmr);
#endif/* 更新各个屏幕内的布局（如有需要） */lv_obj_update_layout(disp_refr->act_scr);if(disp_refr->prev_scr) lv_obj_update_layout(disp_refr->prev_scr);lv_obj_update_layout(disp_refr->top_layer);lv_obj_update_layout(disp_refr->sys_layer);  //这个顺序更新，表明sys_layer > top_layer > act_scr/* 没有活跃的屏幕，则直接返回 */if(disp_refr->act_scr == NULL) {disp_refr->inv_p = 0;LV_LOG_WARN("there is no active screen");REFR_TRACE("finished");return;}lv_refr_join_area();  //合并无效区域，减少重叠区域带来的计算开销lv_refr_areas();  //刷新无效区域的内容到显示缓存，直写模式将直接刷写到显示器/* 如果存在无效区域更新 */if(disp_refr->inv_p != 0) {if(disp_refr->driver->full_refresh) {  //全刷新模式下，将在此刷写到显示器上draw_buf_flush();}/* 更新完毕后，清除所有无效区域 */lv_memset_00(disp_refr->inv_areas, sizeof(disp_refr->inv_areas));lv_memset_00(disp_refr->inv_area_joined, sizeof(disp_refr->inv_area_joined));disp_refr->inv_p = 0;elaps = lv_tick_elaps(start);/* 如果定义了监视器，则执行监视器回调函数 */if(disp_refr->driver->monitor_cb) {disp_refr->driver->monitor_cb(disp_refr->driver, elaps, px_num);}}lv_mem_buf_free_all();_lv_font_clean_up_fmt_txt();/*...省略监视器内容...*/REFR_TRACE("finished");
}

布局更新

       对显示器下的几个屏幕都进行一次布局上的更新，更新与否需要依据前面推送的脏数据，一旦某个屏幕上存在脏数据，就会对整个屏幕的内容进行布局更新。

//lv_obj_pos.c
void lv_obj_update_layout(const lv_obj_t * obj)
{static bool mutex = false;  //互斥信号量，最原始的实现方式if(mutex) {LV_LOG_TRACE("Already running, returning");return;}mutex = true;lv_obj_t * scr = lv_obj_get_screen(obj);  //获取当前对象所处的屏幕/* 更新布局，直到没有脏数据了，注意在更新过程中有可能产生新的脏数据 */while(scr->scr_layout_inv) {LV_LOG_INFO("Layout update begin");scr->scr_layout_inv = 0;  //将屏幕更新状态重置layout_update_core(scr);LV_LOG_TRACE("Layout update end");}mutex = false;
}

底层是一个递归调用更新：

做了两件事：

①常规布局更新。重新计算对象的大小和位置坐标（检查样式的变化），计算完毕后将对象坐标区域纳入无效区域；

②特殊布局更新。主要有两种：flex和grid布局，运用了这两种布局的对象会在这里进行额外更新。（如果用户有自己注册的布局，也会在这里更新）。

//lv_obj_pos.c
static void layout_update_core(lv_obj_t * obj)
{uint32_t i;uint32_t child_cnt = lv_obj_get_child_cnt(obj);  //获取孩子节点数量for(i = 0; i < child_cnt; i++) {  //遍历孩子节点，对这些节点做递归嵌套调用lv_obj_t * child = obj->spec_attr->children[i];layout_update_core(child);   //深度优先遍历}if(obj->layout_inv == 0) return;   //如果不是脏数据，则直接返回obj->layout_inv = 0;   //重置脏数据状态lv_obj_refr_size(obj);  //重新计算对象大小lv_obj_refr_pos(obj);  //重新计算目标位置坐标if(child_cnt > 0) {   //如果该对象有孩子节点，且使用了特殊布局，则运用该布局专属的回调函数进行额外更新uint32_t layout_id = lv_obj_get_style_layout(obj, LV_PART_MAIN);if(layout_id > 0 && layout_id <= layout_cnt) {void  * user_data = LV_GC_ROOT(_lv_layout_list)[layout_id - 1].user_data;LV_GC_ROOT(_lv_layout_list)[layout_id - 1].cb(obj, user_data);}}
}

       经过布局更新后，所有的脏数据都转变为了无效区域，接下来就是对所有的无效区域进行处理了。这部分内容留到下一篇继续分析。