2015年10月16日 星期五

[轉] 常用核心記憶體分配函數

常用核心記憶體分配函數
1.__get_free_pages
  unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
  __get_free_pages函數是最原始的記憶體分配方式,直接從夥伴系統中獲取原始頁框,返回值為第一個頁框的起始地址。
__get_free_pages在實現上只是封裝了alloc_pages函數,從代碼分析,alloc_pages函數會分配長度為1< order參數的最大值由include/Linux/Mmzone.h文件中的MAX_ORDER所定義。
也就是說在理論上__get_free_pages函數一次最多能申請1< 但是在實際應用中,很可能因為不存在這麼大量的連續空閒頁框而導致分配失敗。
2.kmem_cache_alloc
  struct kmem_cache *kmem_cache_create(const char *name, size_t size,
size_t align, unsigned long flags,
   void (*ctor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long),
   void (*dtor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long))
   void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *c, gfp_t flags)
  kmem_cache_create/ kmem_cache_alloc是基於slab分配器的一種記憶體分配方式,適用於反復分配釋放同一大小記憶體塊的場合。
首先用kmem_cache_create創建一個高速緩存區域,然後用kmem_cache_alloc從 該高速緩存區域中獲取新的記憶體塊。
kmem_cache_alloc一次能分配的最大記憶體由mm/slab.c文件中的MAX_OBJ_ORDER所定義。於是一次最多能申請1< 分析核心原始碼發現,kmem_cache_create函數的size參數大於128KB時會呼叫BUG()。
測試結果驗證了分析結果,用kmem_cache_create分配超過128KB的記憶體時使核心崩潰。
3.kmalloc
  void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
  kmalloc是核心中最常用的一種記憶體分配方式,它通過呼叫kmem_cache_alloc函數來實現。
kmalloc一次最多能申請的記憶體大小由include/Linux/Kmalloc_size.h的內容來決定,
kmalloc一次最多能申請大小為131702B也就是128KB的連續物理記憶體。
4.vmalloc
  void *vmalloc(unsigned long size)
  前面幾種記憶體分配方式都是物理連續的,能保證較低的平均訪問時間。
但是在某些場合中,對記憶體區的請求不是很頻繁,較高的記憶體訪問時間也可以接受,
這樣就可以分配一段線性連續,物理不連續的地址,帶來的好處是一次可以分配較大塊的記憶體。
vmalloc對一次能分配的記憶體大小沒有明確限制。出於性能考慮,應謹慎使用vmalloc函數。
5.dma_alloc_coherent
  void *dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, ma_addr_t *dma_handle, gfp_t gfp)
  DMA是一種硬體機制,允許外部設備和核心之間直接傳輸IO數據,而不需要CPU的參與。
使用DMA機制能大幅提高與設備通信的吞吐量。
DMA操作中,涉及到CPU高速緩衝和對應的記憶體數據一致性的問題,必須保證兩者的數據一致。
dma_alloc_coherent和__get_free_pages函數實現差別不大。
前者實際是呼叫__alloc_pages函數來分配記憶體,因此一次分配記憶體的大小限制和後者一樣。
__get_free_pages分配的記憶體同樣可以用於DMA操作。

6.ioremap
  void * ioremap (unsigned long offset, unsigned long size)
  ioremap是一種更直接的記憶體分配方式,使用時直接指定物理起始地址和需要分配記憶體的大小,
然後將該段物理地址映射到核心地址空間。
ioremap用到的物理地址空間都是事先確定的,和上面的幾種記憶體分配方式並不太一樣。
並不是分配一段新的物理記憶體。
ioremap多用於設備驅動,可以讓CPU直接訪問外部設備的IO空間。
ioremap能映射的記憶體由原有的物理記憶體空間決定,所以沒有進行測試。
7.Boot Memory
  如果要分配大量的連續物理記憶體,上述的分配函數都不能滿足,就只能用比較特殊的方式,在Linux核心引導階段來預留部分記憶體。
  7.1.在核心引導時分配記憶體
  void* alloc_bootmem(unsigned long size)
  可以在Linux核心引導過程中繞過夥伴系統來分配大塊記憶體。
使用方法是在Linux核心引導時,呼叫mem_init函數之前用alloc_bootmem函數申請指定大小的記憶體。
如果需要在其他地方呼叫這塊記憶體,可以將alloc_bootmem返回的記憶體首地址通過EXPORT_SYMBOL導出,然後就可以使用這塊記憶體了。
這種記憶體分配方式的缺點是,申請記憶體的代碼必須在鏈接到核心中的代碼裏才能使用,因此必須重新編譯核心。
而且記憶體管理系統看不到這部分記憶體,需要用戶自行管理。
  7.2.通過核心引導參數預留頂部記憶體
  在Linux核心引導時,傳入參數mem=size保留頂部的記憶體區間。
比如系統有256MB內 存,參數mem=248M會預留頂部的8MB記憶體,
進入系統後可以呼叫ioremap(0xF800000,0x800000)來申請這段記憶體。

分配原理 最大記憶體 其他
__get_free_pages 直接對頁框進行操作 4MB 適用於分配較大量的連續物理記憶體
kmem_cache_alloc 基於slab機制實現 128KB 適合需要頻繁申請釋放相同大小記憶體塊時使用
kmalloc 基於kmem_cache_alloc實現 128KB 最常見的分配方式,需要小於頁框大小的記憶體時可以使用
vmalloc 建立非連續物理記憶體到虛擬地址的映射 物理不連續,適合需要大記憶體,但是對地址連續性沒有要求的場合
dma_alloc_coherent 基於__alloc_pages實現 4MB 適用於DMA操作
ioremap 實現已知物理地址到虛擬地址的映射 適用於物理地址已知的場合,如設備驅動
alloc_bootmem 在啟動kernel時,預留一段記憶體,核心看不見 小於物理記憶體大小,記憶體管理要求較高

2015年9月24日 星期四

[轉] Android2.3觸摸屏功能詳解

Android2.3觸摸屏功能詳解

手機設備上常用觸摸屏進行用戶操作,非常方便快捷,而且正好有個項目上用到這個設備,所以就花時間研究了一下。好了,還是老規則:大體瞭解概念先,細節線索找代碼:
InputReader.cpp 中有針對單點觸摸SingleTouchInputMapper及多點觸摸MultiTouchInputMapper的處理代碼,這兩個類都繼承自TouchInputMapper,由syncTouch處理最終的觸摸屏動作的發送。
1、首先瞭解一下觸摸屏中的幾個參數概念:
「接觸」一詞用來描述一個物體直接碰到另一個物體的表面。
單點觸摸的參數解析:
ABS_XABS_Y分別對應觸摸屏的xy坐標
ABS_PRESSURE是壓力值,一般觸摸屏也只是分是否有按下去,按下去的話值會大於多少,沒有按的話值小於多少
ABS_TOOL_WIDTH 觸摸工具的寬度
多點觸摸的參數解析:
ABS_MT_POSITION_X 接觸面的形心的X坐標值 
ABS_MT_POSITION_Y 接觸面的形心的Y坐標值 
 ABS_MT_TOUCH_MAJORABS_MT_WIDTH_MAJOR 分別被用來提供手指的大小和觸摸面積大小 
TOUCH 和 WIDTH參數給出了個,想想如果一個手指按在玻璃上,透過玻璃你將看到兩個區域,一個是手指與玻璃接觸的區域,用 ABS_MT_TOUCH_MAJOR描述,一個是手指本身大小的區域,ABS_MT_WIDTH_MAJOR描述, 手指與玻璃接觸的面積要小於手指本身的大小,通過這兩個參數,可以換算出手指的壓力。也可通過 ABS_MT_PRESSURE參數直接提供手指的壓力。
  除了 MAJOR這個參數,還可以提供一個 MINOR參數,手指可以被認為是一個橢圓,MAJOR和 MINOR可以認為是這個橢圓的長軸和短軸,橢圓的中心可以被 ORIENTATION這個參數描述。
ABS_MT_PRESSURE
  接觸工具對接觸面的壓力大小,可以用來代替上面的四個參數。
ABS_MT_ORIENTATION
  描述隨圓的轉動趨勢,這是一個抽相值,O值表示接觸面在平行與觸摸屏的Y軸,向左是負值,向右是正值,如果完全平行於X軸,則上向返回最大值。如果接觸面是圓形,則可以忽略這個參數。如果內核不能獲得這個參數有有效值,但可以區分接觸面的長短軸,這個功能還是可以被部份支持,在一些設備中, ABS_MT_ORIENTATION 的值只能是 0和1。
ABS_MT_TOOL_TYPE描述接觸工具類型(手指,觸控筆等 ),很多內核驅動無法區分此參數如手指及筆,如果是這樣,該參數可以不用,協議目前支持MT_TOOL_FINGERMT_TOOL_PEN兩種類型。
ABS_MT_BLOB_ID形狀集ID,集合幾個點以描述一個形狀,很多驅動沒有形狀屬性,此參數可以不用。
ABS_MT_TRACKING_ID描述了從接觸開始到釋放的整個過程的集合,如果設備不支持,此參數可是不用。
計算方法:
  一些設備將觸摸面作為一個矩形上報,可以通過下面這些公式來計算出協議中所需要的信息。
ABS_MT_TOUCH_MAJOR := max(X, Y)
ABS_MT_TOUCH_MINOR := min(X, Y)
ABS_MT_ORIENTATION  := bool(X > Y)
ABS_MT_ORIENTATION的取值範圍為0至1,用來標識矩形接觸面偏向X軸或Y軸的程度。
觸摸軌跡
僅有少數設備可以明觸的標識真實的 trackingID,多數情況下 trackingID只能來標識一次觸摸動作的過程。
手勢
多點觸摸指定的應用是創建手勢動作, TOUCH和 WIDTH參數經常用來區別手指的壓力和手指間的距離,另外 MINOR類的參數可以用來區別設備的接觸面的大小(點接觸還是面接觸),ORIENTATION可以產生旋轉事件。
以上的含義從http://www.kernel.org/doc/Documentation/input/multi-touch-protocol.txt 翻譯而來,可以自行下載
2、代碼入手
第一部分:直接寫/dev/input/eventX接點實現
單點觸摸事件發送序列:
EV_KEY (BTN_TOUCH) 發送是否在按下或彈出(0或者1
ABS_X 
ABS_Y
ABS_PRESSURE
ABS_TOOL_WIDTH
代碼演示:
event.type  = EV_KEY;
event.code  = BTN_TOUCH;
mDown = (istEvent->pointers[0].abs_pressure > 0)?1:0 ;
Event.value  = mDown;
write(fd,&event,sizeof(event)) ;
/* 觸摸屏鍵按下坐標定位  */
event.type  = EV_ABS;
    event.code  = ABS_X;
    event.value = istEvent->pointers[0].abs_x;
    write(fd,&event,sizeof(event)) ;
event.type  = EV_ABS;
    event.code  = ABS_Y;
    event.value = istEvent->pointers[0].abs_y;
    write(fd,&event,sizeof(event)) ;
    /* 觸摸屏接觸面的壓力大小 */
event.type  = EV_ABS;
    event.code  = ABS_PRESSURE;
    event.value = istEvent->pointers[0].abs_pressure;
    write(fd,&event,sizeof(event)) ;
event.type   = EV_ABS;
event.code   = ABS_TOOL_WIDTH;
event.value  = istEvent->pointers[0].abs_touch_major;
/* 結束完整幀數據,發送同步信號 */
    event.type  = EV_SYN; 
    event.code  = SYN_REPORT;
    event.value = 0;
    write(fd, &event, sizeof(event));
    
    Ok,非常簡單,對比inputreader.cpp中的代碼,注意process代碼:
void SingleTouchInputMapper::process(const RawEvent* rawEvent) {
    switch (rawEvent->type) {
    case EV_KEY:  //一定要注意發送這個event,否則觸摸事件不會發送出去,直接丟棄
        switch (rawEvent->scanCode) {
        case BTN_TOUCH:
            mAccumulator.fields |= Accumulator::FIELD_BTN_TOUCH;
            mAccumulator.btnTouch = rawEvent->value != 0;
            // Don't sync immediately.  Wait until the next SYN_REPORT since we might
            // not have received valid position information yet.  This logic assumes that
            // BTN_TOUCH is always followed by SYN_REPORT as part of a complete 
            // packet.
            break;
        }
        break;
...
}
void SingleTouchInputMapper::sync(nsecs_t when) {
...
    if (mDown) {  // 這就是上面為何要發送的原因
        mCurrentTouch.pointerCount = 1;
        mCurrentTouch.pointers[0].id = 0;
        mCurrentTouch.pointers[0].x = mX;
        mCurrentTouch.pointers[0].y = mY;
        mCurrentTouch.pointers[0].pressure = mPressure;
        mCurrentTouch.pointers[0].touchMajor = 0;
        mCurrentTouch.pointers[0].touchMinor = 0;
        mCurrentTouch.pointers[0].toolMajor = mToolWidth;
        mCurrentTouch.pointers[0].toolMinor = mToolWidth;
        mCurrentTouch.pointers[0].orientation = 0;
        mCurrentTouch.idToIndex[0] = 0;
        mCurrentTouch.idBits.markBit(0);
}
...
}
多點觸摸事件發送序列:
ABS_MT_TOUCH_MAJOR
ABS_MT_PRESSURE
ABS_MT_POSITION_X
ABS_MT_POSITION_Y
SYN_MT_REPORT      //上報第一個點
ABS_MT_TOUCH_MAJOR
ABS_MT_PRESSURE
ABS_MT_POSITION_X
ABS_MT_POSITION_Y
SYN_MT_REPORT      //上報第二個點
... //以上順序組織多點touch event即可
SYN_REPORT         //最後發送的完整包動作
代碼演示:
for(pointIndex=0;pointIndex<imtEvent->pointnums;pointIndex++)
{
/* 觸摸屏鍵按下坐標定位  */
event.type  = EV_ABS;
event.code  = ABS_MT_POSITION_X;
event.value = imtEvent->pointers[pointIndex].abs_x;
write(fd,&event,sizeof(event)) ;
event.type  = EV_ABS;
event.code  = ABS_MT_POSITION_Y;
event.value = imtEvent->pointers[pointIndex].abs_y;
write(fd,&event,sizeof(event)) ;
    /* 觸摸屏接觸面的壓力大小 */
event.type  = EV_ABS;
    event.code  = ABS_MT_PRESSURE;
    event.value = imtEvent->pointers[pointIndex].abs_pressure;
    write(fd,&event,sizeof(event)) ;
/* 觸摸屏接觸面積大小 */
event.type   = EV_ABS;
event.code   = ABS_MT_TOUCH_MAJOR;
event.value  = imtEvent->pointers[pointIndex].abs_touch_major;
event.type  = EV_SYN;
event.code  = SYN_MT_REPORT;
event.value = 0;
write(fd,&event,sizeof(event)) ;
}
/* 結束完整幀數據,發送同步信號 */
event.type  = EV_SYN;
event.code  = SYN_REPORT;
event.value = 0;
write(fd,&event,sizeof(event)) ;
Ok,只要深入研究下inputreader.cpp的代碼即可輕鬆解決這些問題,更擴展的功能擴大及縮小,以及旋轉的功能都可以搞定。
對於多點觸摸的功能,首先在linux內核的input輸入模型需要支持,這個在linux/input.h可以見到,多點觸摸功能依賴於以下幾個主要的軟件位:
#define ABS_MT_TOUCH_MAJOR 0x30/* Major axis of touching ellipse */ 
#define ABS_MT_TOUCH_MINOR 0x31/* Minor axis (omit if circular) */ 
#define ABS_MT_WIDTH_MAJOR 0x32/* Major axis of approaching ellipse */ 
#define ABS_MT_WIDTH_MINOR 0x33/* Minor axis (omit if circular) */ 
#define ABS_MT_ORIENTATION 0x34/* Ellipse orientation */ 
#define ABS_MT_POSITION_X 0x35/* Center X ellipse position */ 
#define ABS_MT_POSITION_Y 0x36/* Center Y ellipse position */ 
#define ABS_MT_TOOL_TYPE 0x37/* Type of touching device */ 
#define ABS_MT_BLOB_ID 0x38/* Group a set of packets as a blob */
第二部分:利用linux input輸入模型發送
主要函數介紹:
static inline void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
{
input_event(dev, EV_ABS, code, value);
}
static inline void input_mt_sync(struct input_dev *dev)
{
input_event(dev, EV_SYN, SYN_MT_REPORT, 0);
}
static inline void input_sync(struct input_dev *dev)
{
input_event(dev, EV_SYN, SYN_REPORT, 0);
}
代碼示例:
設定初始參數(支持單點觸摸及多點觸摸):
    set_bit(EV_SYN, ts->input_dev->evbit);
    set_bit(EV_KEY, ts->input_dev->evbit);
    set_bit(EV_ABS, ts->input_dev->evbit);
    set_bit(BTN_TOUCH,ts->input_dev->keybit);
    
    max_x = 1280;
    max_y = 720;
    
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_X, 0, max_x, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_Y, 0, max_y, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_PRESSURE, 0, 255, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_TOOL_WIDTH, 0, 15, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_X, 0, max_x, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, 0, max_y, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 0, 255, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_WIDTH_MAJOR, 0, 15, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_WIDTH_MAJOR, 0, 255, 0, 0); 
    input_register_device(ts->input_dev);    
按下時:
for(i=0;i<finger;i++){
    input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 1);
    input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_PRESSURE, 100);
    input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_X, ts->x[i]);
    input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, ts->y[i]);
    input_mt_sync(ts->input_dev);
    ts->upsend=0;
}
input_sync(ts->input_dev);
彈起時:
    input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 0);
    input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_PRESSURE, 0);
    input_mt_sync(ts->input_dev);
    input_sync(ts->input_dev);