OSDN Git Service

Add View#cancelPendingInputEvents API
[android-x86/frameworks-base.git] / services / common_time / clock_recovery.cpp
1 /*
2  * Copyright (C) 2011 The Android Open Source Project
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at
7  *
8  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 /*
18  * A service that exchanges time synchronization information between
19  * a master that defines a timeline and clients that follow the timeline.
20  */
21
22 #define __STDC_LIMIT_MACROS
23 #define LOG_TAG "common_time"
24 #include <utils/Log.h>
25 #include <stdint.h>
26
27 #include <common_time/local_clock.h>
28 #include <assert.h>
29
30 #include "clock_recovery.h"
31 #include "common_clock.h"
32 #ifdef TIME_SERVICE_DEBUG
33 #include "diag_thread.h"
34 #endif
35
36 // Define log macro so we can make LOGV into LOGE when we are exclusively
37 // debugging this code.
38 #ifdef TIME_SERVICE_DEBUG
39 #define LOG_TS ALOGE
40 #else
41 #define LOG_TS ALOGV
42 #endif
43
44 namespace android {
45
46 ClockRecoveryLoop::ClockRecoveryLoop(LocalClock* local_clock,
47                                      CommonClock* common_clock) {
48     assert(NULL != local_clock);
49     assert(NULL != common_clock);
50
51     local_clock_  = local_clock;
52     common_clock_ = common_clock;
53
54     local_clock_can_slew_ = local_clock_->initCheck() &&
55                            (local_clock_->setLocalSlew(0) == OK);
56     tgt_correction_ = 0;
57     cur_correction_ = 0;
58
59     // Precompute the max rate at which we are allowed to change the VCXO
60     // control.
61     uint64_t N = 0x10000ull * 1000ull;
62     uint64_t D = local_clock_->getLocalFreq() * kMinFullRangeSlewChange_mSec;
63     LinearTransform::reduce(&N, &D);
64     while ((N > INT32_MAX) || (D > UINT32_MAX)) {
65         N >>= 1;
66         D >>= 1;
67         LinearTransform::reduce(&N, &D);
68     }
69     time_to_cur_slew_.a_to_b_numer = static_cast<int32_t>(N);
70     time_to_cur_slew_.a_to_b_denom = static_cast<uint32_t>(D);
71
72     reset(true, true);
73
74 #ifdef TIME_SERVICE_DEBUG
75     diag_thread_ = new DiagThread(common_clock_, local_clock_);
76     if (diag_thread_ != NULL) {
77         status_t res = diag_thread_->startWorkThread();
78         if (res != OK)
79             ALOGW("Failed to start A@H clock recovery diagnostic thread.");
80     } else
81         ALOGW("Failed to allocate diagnostic thread.");
82 #endif
83 }
84
85 ClockRecoveryLoop::~ClockRecoveryLoop() {
86 #ifdef TIME_SERVICE_DEBUG
87     diag_thread_->stopWorkThread();
88 #endif
89 }
90
91 // Constants.
92 const float ClockRecoveryLoop::dT = 1.0;
93 const float ClockRecoveryLoop::Kc = 1.0f;
94 const float ClockRecoveryLoop::Ti = 15.0f;
95 const float ClockRecoveryLoop::Tf = 0.05;
96 const float ClockRecoveryLoop::bias_Fc = 0.01;
97 const float ClockRecoveryLoop::bias_RC = (dT / (2 * 3.14159f * bias_Fc));
98 const float ClockRecoveryLoop::bias_Alpha = (dT / (bias_RC + dT));
99 const int64_t ClockRecoveryLoop::panic_thresh_ = 50000;
100 const int64_t ClockRecoveryLoop::control_thresh_ = 10000;
101 const float ClockRecoveryLoop::COmin = -100.0f;
102 const float ClockRecoveryLoop::COmax = 100.0f;
103 const uint32_t ClockRecoveryLoop::kMinFullRangeSlewChange_mSec = 300;
104 const int ClockRecoveryLoop::kSlewChangeStepPeriod_mSec = 10;
105
106
107 void ClockRecoveryLoop::reset(bool position, bool frequency) {
108     Mutex::Autolock lock(&lock_);
109     reset_l(position, frequency);
110 }
111
112 uint32_t ClockRecoveryLoop::findMinRTTNdx(DisciplineDataPoint* data,
113                                           uint32_t count) {
114     uint32_t min_rtt = 0;
115     for (uint32_t i = 1; i < count; ++i)
116         if (data[min_rtt].rtt > data[i].rtt)
117             min_rtt = i;
118
119     return min_rtt;
120 }
121
122 bool ClockRecoveryLoop::pushDisciplineEvent(int64_t local_time,
123                                             int64_t nominal_common_time,
124                                             int64_t rtt) {
125     Mutex::Autolock lock(&lock_);
126
127     int64_t local_common_time = 0;
128     common_clock_->localToCommon(local_time, &local_common_time);
129     int64_t raw_delta = nominal_common_time - local_common_time;
130
131 #ifdef TIME_SERVICE_DEBUG
132     ALOGE("local=%lld, common=%lld, delta=%lld, rtt=%lld\n",
133          local_common_time, nominal_common_time,
134          raw_delta, rtt);
135 #endif
136
137     // If we have not defined a basis for common time, then we need to use these
138     // initial points to do so.  In order to avoid significant initial error
139     // from a particularly bad startup data point, we collect the first N data
140     // points and choose the best of them before moving on.
141     if (!common_clock_->isValid()) {
142         if (startup_filter_wr_ < kStartupFilterSize) {
143             DisciplineDataPoint& d =  startup_filter_data_[startup_filter_wr_];
144             d.local_time = local_time;
145             d.nominal_common_time = nominal_common_time;
146             d.rtt = rtt;
147             startup_filter_wr_++;
148         }
149
150         if (startup_filter_wr_ == kStartupFilterSize) {
151             uint32_t min_rtt = findMinRTTNdx(startup_filter_data_,
152                     kStartupFilterSize);
153
154             common_clock_->setBasis(
155                     startup_filter_data_[min_rtt].local_time,
156                     startup_filter_data_[min_rtt].nominal_common_time);
157         }
158
159         return true;
160     }
161
162     int64_t observed_common;
163     int64_t delta;
164     float delta_f, dCO;
165     int32_t tgt_correction;
166
167     if (OK != common_clock_->localToCommon(local_time, &observed_common)) {
168         // Since we just checked to make certain that this conversion was valid,
169         // and no one else in the system should be messing with it, if this
170         // conversion is suddenly invalid, it is a good reason to panic.
171         ALOGE("Failed to convert local time to common time in %s:%d",
172                 __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__);
173         return false;
174     }
175
176     // Implement a filter which should match NTP filtering behavior when a
177     // client is associated with only one peer of lower stratum.  Basically,
178     // always use the best of the N last data points, where best is defined as
179     // lowest round trip time.  NTP uses an N of 8; we use a value of 6.
180     //
181     // TODO(johngro) : experiment with other filter strategies.  The goal here
182     // is to mitigate the effects of high RTT data points which typically have
183     // large asymmetries in the TX/RX legs.  Downside of the existing NTP
184     // approach (particularly because of the PID controller we are using to
185     // produce the control signal from the filtered data) are that the rate at
186     // which discipline events are actually acted upon becomes irregular and can
187     // become drawn out (the time between actionable event can go way up).  If
188     // the system receives a strong high quality data point, the proportional
189     // component of the controller can produce a strong correction which is left
190     // in place for too long causing overshoot.  In addition, the integral
191     // component of the system currently is an approximation based on the
192     // assumption of a more or less homogeneous sampling of the error.  Its
193     // unclear what the effect of undermining this assumption would be right
194     // now.
195
196     // Two ideas which come to mind immediately would be to...
197     // 1) Keep a history of more data points (32 or so) and ignore data points
198     //    whose RTT is more than a certain number of standard deviations outside
199     //    of the norm.
200     // 2) Eliminate the PID controller portion of this system entirely.
201     //    Instead, move to a system which uses a very wide filter (128 data
202     //    points or more) with a sum-of-least-squares line fitting approach to
203     //    tracking the long term drift.  This would take the place of the I
204     //    component in the current PID controller.  Also use a much more narrow
205     //    outlier-rejector filter (as described in #1) to drive a short term
206     //    correction factor similar to the P component of the PID controller.
207     assert(filter_wr_ < kFilterSize);
208     filter_data_[filter_wr_].local_time           = local_time;
209     filter_data_[filter_wr_].observed_common_time = observed_common;
210     filter_data_[filter_wr_].nominal_common_time  = nominal_common_time;
211     filter_data_[filter_wr_].rtt                  = rtt;
212     filter_data_[filter_wr_].point_used           = false;
213     uint32_t current_point = filter_wr_;
214     filter_wr_ = (filter_wr_ + 1) % kFilterSize;
215     if (!filter_wr_)
216         filter_full_ = true;
217
218     uint32_t scan_end = filter_full_ ? kFilterSize : filter_wr_;
219     uint32_t min_rtt = findMinRTTNdx(filter_data_, scan_end);
220     // We only use packets with low RTTs for control. If the packet RTT
221     // is less than the panic threshold, we can probably eat the jitter with the
222     // control loop. Otherwise, take the packet only if it better than all
223     // of the packets we have in the history. That way we try to track
224     // something, even if it is noisy.
225     if (current_point == min_rtt || rtt < control_thresh_) {
226         delta_f = delta = nominal_common_time - observed_common;
227
228         last_error_est_valid_ = true;
229         last_error_est_usec_ = delta;
230
231         // Compute the error then clamp to the panic threshold.  If we ever
232         // exceed this amt of error, its time to panic and reset the system.
233         // Given that the error in the measurement of the error could be as
234         // high as the RTT of the data point, we don't actually panic until
235         // the implied error (delta) is greater than the absolute panic
236         // threashold plus the RTT.  IOW - we don't panic until we are
237         // absoluely sure that our best case sync is worse than the absolute
238         // panic threshold.
239         int64_t effective_panic_thresh = panic_thresh_ + rtt;
240         if ((delta > effective_panic_thresh) ||
241             (delta < -effective_panic_thresh)) {
242             // PANIC!!!
243             reset_l(false, true);
244             return false;
245         }
246
247     } else {
248         // We do not have a good packet to look at, but we also do not want to
249         // free-run the clock at some crazy slew rate. So we guess the
250         // trajectory of the clock based on the last controller output and the
251         // estimated bias of our clock against the master.
252         // The net effect of this is that CO == CObias after some extended
253         // period of no feedback.
254         delta_f = last_delta_f_ - dT*(CO - CObias);
255         delta = delta_f;
256     }
257
258     // Velocity form PI control equation.
259     dCO = Kc * (1.0f + dT/Ti) * delta_f - Kc * last_delta_f_;
260     CO += dCO * Tf; // Filter CO by applying gain <1 here.
261
262     // Save error terms for later.
263     last_delta_f_ = delta_f;
264
265     // Clamp CO to +/- 100ppm.
266     if (CO < COmin)
267         CO = COmin;
268     else if (CO > COmax)
269         CO = COmax;
270
271     // Update the controller bias.
272     CObias = bias_Alpha * CO + (1.0f - bias_Alpha) * lastCObias;
273     lastCObias = CObias;
274
275     // Convert PPM to 16-bit int range. Add some guard band (-0.01) so we
276     // don't get fp weirdness.
277     tgt_correction = CO * 327.66;
278
279     // If there was a change in the amt of correction to use, update the
280     // system.
281     setTargetCorrection_l(tgt_correction);
282
283     LOG_TS("clock_loop %lld %f %f %f %d\n", raw_delta, delta_f, CO, CObias, tgt_correction);
284
285 #ifdef TIME_SERVICE_DEBUG
286     diag_thread_->pushDisciplineEvent(
287             local_time,
288             observed_common,
289             nominal_common_time,
290             tgt_correction,
291             rtt);
292 #endif
293
294     return true;
295 }
296
297 int32_t ClockRecoveryLoop::getLastErrorEstimate() {
298     Mutex::Autolock lock(&lock_);
299
300     if (last_error_est_valid_)
301         return last_error_est_usec_;
302     else
303         return ICommonClock::kErrorEstimateUnknown;
304 }
305
306 void ClockRecoveryLoop::reset_l(bool position, bool frequency) {
307     assert(NULL != common_clock_);
308
309     if (position) {
310         common_clock_->resetBasis();
311         startup_filter_wr_ = 0;
312     }
313
314     if (frequency) {
315         last_error_est_valid_ = false;
316         last_error_est_usec_ = 0;
317         last_delta_f_ = 0.0;
318         CO = 0.0f;
319         lastCObias = CObias = 0.0f;
320         setTargetCorrection_l(0);
321         applySlew_l();
322     }
323
324     filter_wr_   = 0;
325     filter_full_ = false;
326 }
327
328 void ClockRecoveryLoop::setTargetCorrection_l(int32_t tgt) {
329     // When we make a change to the slew rate, we need to be careful to not
330     // change it too quickly as it can anger some HDMI sinks out there, notably
331     // some Sony panels from the 2010-2011 timeframe.  From experimenting with
332     // some of these sinks, it seems like swinging from one end of the range to
333     // another in less that 190mSec or so can start to cause trouble.  Adding in
334     // a hefty margin, we limit the system to a full range sweep in no less than
335     // 300mSec.
336     if (tgt_correction_ != tgt) {
337         int64_t now = local_clock_->getLocalTime();
338         status_t res;
339
340         tgt_correction_ = tgt;
341
342         // Set up the transformation to figure out what the slew should be at
343         // any given point in time in the future.
344         time_to_cur_slew_.a_zero = now;
345         time_to_cur_slew_.b_zero = cur_correction_;
346
347         // Make sure the sign of the slope is headed in the proper direction.
348         bool needs_increase = (cur_correction_ < tgt_correction_);
349         bool is_increasing  = (time_to_cur_slew_.a_to_b_numer > 0);
350         if (( needs_increase && !is_increasing) ||
351             (!needs_increase &&  is_increasing)) {
352             time_to_cur_slew_.a_to_b_numer = -time_to_cur_slew_.a_to_b_numer;
353         }
354
355         // Finally, figure out when the change will be finished and start the
356         // slew operation.
357         time_to_cur_slew_.doReverseTransform(tgt_correction_,
358                                              &slew_change_end_time_);
359
360         applySlew_l();
361     }
362 }
363
364 bool ClockRecoveryLoop::applySlew_l() {
365     bool ret = true;
366
367     // If cur == tgt, there is no ongoing sleq rate change and we are already
368     // finished.
369     if (cur_correction_ == tgt_correction_)
370         goto bailout;
371
372     if (local_clock_can_slew_) {
373         int64_t now = local_clock_->getLocalTime();
374         int64_t tmp;
375
376         if (now >= slew_change_end_time_) {
377             cur_correction_ = tgt_correction_;
378             next_slew_change_timeout_.setTimeout(-1);
379         } else {
380             time_to_cur_slew_.doForwardTransform(now, &tmp);
381
382             if (tmp > INT16_MAX)
383                 cur_correction_ = INT16_MAX;
384             else if (tmp < INT16_MIN)
385                 cur_correction_ = INT16_MIN;
386             else
387                 cur_correction_ = static_cast<int16_t>(tmp);
388
389             next_slew_change_timeout_.setTimeout(kSlewChangeStepPeriod_mSec);
390             ret = false;
391         }
392
393         local_clock_->setLocalSlew(cur_correction_);
394     } else {
395         // Since we are not actually changing the rate of a HW clock, we don't
396         // need to worry to much about changing the slew rate so fast that we
397         // anger any downstream HDMI devices.
398         cur_correction_ = tgt_correction_;
399         next_slew_change_timeout_.setTimeout(-1);
400
401         // The SW clock recovery implemented by the common clock class expects
402         // values expressed in PPM. CO is in ppm.
403         common_clock_->setSlew(local_clock_->getLocalTime(), CO);
404     }
405
406 bailout:
407     return ret;
408 }
409
410 int ClockRecoveryLoop::applyRateLimitedSlew() {
411     Mutex::Autolock lock(&lock_);
412
413     int ret = next_slew_change_timeout_.msecTillTimeout();
414     if (!ret) {
415         if (applySlew_l())
416             next_slew_change_timeout_.setTimeout(-1);
417         ret = next_slew_change_timeout_.msecTillTimeout();
418     }
419
420     return ret;
421 }
422
423 }  // namespace android