Improve output of multiple screen resolution
[apps/agl-service-windowmanager-2017.git] / doc / ApplicationGuide.md
1 **Window Manager Application Guide**
2 ====
3 <div align="right">Revision: 0.5</div>
4 <div align="right">TOYOTA MOTOR CORPORATION</div>
5 <div align="right">20th/Mar/2018</div>
6
7 * * *
8 <div id="Table\ of\ content"></div>
9
10 Table of content
11 ============
12 - [Introduction](#Introduction)
13         - [Intended audience](#Intended\ audience)
14         - [Scope of this Document](#Scope\ of\ this\ Document)
15         - [Known Issues](#Known\ Issues)
16         - [External libraries](#External\ libraries)
17         - [Client Library](#Client\ Library)
18 - [Concepts](#Concepts)
19         - [Layers](#Layers)
20         - [Surfaces](#Surfaces)
21 - [Configuration](#Configuration)
22         - [Configuration Items](#Configuration\ Items)
23 - [Building and Running](#Building\ and\ Running)
24         - [Dependencies](#Dependencies)
25         - [Build Configuration](#Build\ Configuration)
26 - [Implementation Notes](#Implementation\ Notes)
27         - [Structure](#Structure)
28 - [Sequence](#Sequence)
29 - [Binding API](#Binding\ API)
30         - [LibWindowmanager](#LibWindowmanager)
31         - [Methods](#Methods)
32         - [Errors](#Errors)
33         - [Usage](#Usage)
34         - [Events](#Events)
35 - [Sample](#Sample)
36
37
38 <div id="Introduction"></div>
39
40 Introduction
41 ============
42
43 This window manager implements simple layout switching of applications on
44 multiple layers and with different layer layouts.
45
46 <div id="Intended\ audience"></div>
47
48 Intended audience
49 -----------------
50
51 This document is intended for developers and system integrators who
52 need to know, how the window manager works and how it is to be used.
53
54 <div id="Scope\ of\ this\ Document"></div>
55
56 Scope of this Document
57 ----------------------
58
59 This document covers the window manager that was implemented for TMC and
60 delivered to the Automotive Grade Linux (AGL) project. It includes its
61 implementation details, concepts of operation, configuration and usage.
62
63 It does not include
64
65 -   document of the underlying architecture, see
66     [HMI-Framework](https://wiki.automotivelinux.org/hmiframework).
67
68 -   document of the AGL application framework and its technologies,
69     see [AGL Application
70     Framework](https://wiki.automotivelinux.org/agl-distro/app-framework).
71
72 It is highly recommended to have a good understanding of these documents
73 and projects before using the window manager.
74
75 <div id="Known\ Issues"></div>
76
77 Known Issues
78 ------------
79
80 Currently there is a one known issues:
81
82 -   Only single-surface Qt applications are support through the
83     libwindowmanager library. This is a limitation of how Qt creates surface
84     IDs for the ivi-application interface.
85
86 <div id="External\ libraries"></div>
87
88 External libraries
89 ------------------
90
91 This project includes a copy of version 2.1.1 the excellent [C++11 JSON
92 library by Niels Lohmann](https://github.com/nlohmann/json).
93
94 <div id="Client\ Library"></div>
95
96 Client Library
97 --------------
98
99 A client library implementation that internally uses the *libafbwsc*, is
100 provided in the `libwindowmanager`.
101
102 <div id="Concepts"></div>
103
104 Concepts
105 ========
106
107 The window manager implements a couple of concepts in order to allow
108 efficient implementation.
109
110 <div id="Layers"></div>
111
112 Layers
113 ------
114
115 Layers are entities that are stacked on top of each other. Each layer
116 has an ID which is used for the ivi-controller interface, but this ID
117 also implicitly specifies its stacking order, from lowest to highest.
118
119 Layers are always full-screen. We do not use layer dimensions as a way
120 to setup the scene, rather - each layer has a layout attached to it,
121 which specifies an area that is used by surfaces to draw on.
122
123 Additionally, layers will generally leave surfaces on below layers
124 activated, and only disable surfaces on layers the are above the
125 currently used layer.
126
127 It is possible to deactivate these surfaces on lower layers explicitly
128 using the `DeactivateSurface` API call.
129
130 <div id="Surfaces"></div>
131
132 Surfaces
133 --------
134
135 Surfaces are *placed* on layers according to their name. The surface
136 will then be resized to dimensions, according to the layer's layout
137 configuration.
138
139
140 <div id="Configuration"></div>
141
142 Configuration
143 =============
144
145 The window manager is configured with the *layers.json* configuration
146 file, by default it is searched in `${AFM_APP_INSTALL_DIR}/etc/layers.json`.
147 Note, that the window manager will use default configuration unless this configuration is found.
148
149 A sample configuration is provided with the window manager
150 implementation, this sample is installed to ${AFM_APP_INSTALL_DIR}/etc/layers.json.
151
152 Note:
153 Currently, window manager doesn't block the application displaying because "Fallback" is set by default. If the "Fallback" is not set in layers.json, window manager blocks the application displaying. In such a situation, you have to add your role(application name) at "role" in layers.json.
154
155 <div id="Configuration\ Items"></div>
156
157 Configuration Items
158 -------------------
159
160 This section describes configuration items available through
161 `layers.json`. It will do this, by first providing an example, and then
162 going into its components.
163
164 ### main\_surface
165
166     "main_surface": {
167        "surface_role": "HomeScreen",
168     },
169
170 The `main_surface` object describes a surface that will internally be
171 treated as the main surface - usually this mean *HomeScreen*. The only
172 special handling this surface receives, is that it is not allowed to
173 deactivate it. Placement of this surface on an layer is done by the
174 other configuration described below.
175
176 -   `surface_role` this configuration item specifies the name of the
177     main surface. Set this to e.g. `HomeScreen`.
178
179 ### mappings
180
181 This configuration item is a list of surface-name to layer mappings.
182
183 #### surface to layer mapping
184
185     "mappings": [
186       {
187          "role": "^HomeScreen$",
188          "name": "HomeScreen",
189          "layer_id": 1000,
190          "area": { "type": "full" },
191          "comment": "Single layer map for the HomeScreen"
192       },
193       {
194          "role": "MediaPlayer|Radio|Phone|Navigation|HVAC|Settings|Dashboard|POI|Mixer",
195          "name": "apps",
196          "layer_id": 1001,
197          "area": { "type": "rect", "rect": { "x": 0, "y": 218, "width": -1, "height": -433 } },
198          "comment": "Range of IDs that will always be placed on layer 1001, negative rect values are interpreted as output_size.dimension - $value",
199
200          "split_layouts": [
201             {
202                "name": "Navigation",
203                "main_match": "Navigation",
204                "sub_match": "HVAC|MediaPlayer",
205                "priority": 1000
206             }
207          ]
208       },
209       {
210          "role": "^OnScreen.*",
211          "name": "popups",
212          "layer_id": 9999,
213          "area": { "type": "rect", "rect": { "x": 0, "y": 760, "width": -1, "height": 400 } },
214          "comment": "Range of IDs that will always be placed on the popup layer, that gets a very high 'dummy' id of 9999"
215       }
216     ]
217
218 Each mapping defines the following items to map corresponding surfaces
219 to a layer.
220
221 -   `role` defines a regular expression that application drawing names
222     are matched against. If applications match this regular expression,
223     the surface will be visible on this layer.
224
225 -   `name` is just a name definition for this layer, it has no
226     functional use apart from identifying a layer with a name.
227
228 -   `layer_id` specifies which ID this layer will use.
229
230 -   `area` is an object that defines the area assigned to surfaces.
231
232 -   `split_layouts` is an optional item, that - if present - defines a
233     number of possible split-screen layouts for this layer.
234
235 #### Area
236
237 Areas can be either `full` or `rect`, whereas `full` means a full-screen
238 layer, this is mostly useful for the main\_surface or HomeScreen layer.
239 `rect` declares a layer drawing area specified as a rectangle with start
240 coordinates `x` and `y` as well as its dimensions `width` and `height`.
241
242 The dimensions can be specified relative to the screen dimensions. For
243 this negative values for width and height must be used.
244
245 For example, a full-screen surface can have the following `rect`
246 definition:
247
248     "rect": { "x": 0,
249               "y": 0,
250               "width": -1,
251               "height": -1 }
252
253 A surface that leaves a 200pixel margin on the top and bottom can use
254 the following `rect` definition:
255
256     "rect": { "x": 0,
257               "y": 200,
258               "width": -1,
259               "height": -401 }
260
261 So the expression for the actual surface dimensions when using
262 screen-size-relative values will be:
263
264     actual_width = screen_width + 1 + width
265     actual_height = screen_height + 1 + height
266
267 Or in other words, to leave an `N` wide border around a surface, the
268 actual value in the dimension configuration needs to be `-N - 1`, and
269 appropriate offsets need to be set for `x` and `y`.
270
271 #### split\_layouts
272
273 This configuration item allows the specification of split-screen layouts
274 on layers for certain surfaces.
275
276 A split screen layout always has a *main* surface and a *sub* surface.
277 In order to enter a split screen layout, first the *main* surface of the
278 layout must be activated, and then the *sub* surface. In order to
279 disable the split layout, one of the two participating surface must be
280 deactivated (or a surface on a layer below the current one must be
281 activated).
282
283     "split_layouts": [
284        {
285            "name": "Navigation",
286            "main_match": "Navigation",
287            "sub_match": "HVAC|MediaPlayer",
288        }
289     ]
290
291 A split layout object has the following attributes:
292
293 -   `name` defines its name, it has no actual function other then a way
294     to identify this split layout.
295
296 -   `main_match` is a regular expression that matches for the *main*
297     surface of this split layout.
298
299 -   `sub_match` is a regular expression that matches for the *sub*
300     surface of this layout.
301
302 In the above example only the surface with drawing name
303 `Navigation` will be used as the *main* surface, and the surfaces
304 with drawing name `HVAC` or `MediaPlayer` can be used as a *sub* surface for
305 this layout.
306
307 The names must still match the layer's role match!
308
309 <div id="Building\ and\ Running"></div>
310
311 Building and Running
312 ====================
313
314 <div id="Dependencies"></div>
315
316 Dependencies
317 ------------
318
319 Build dependencies are as follows:
320
321 -   afb-daemon &gt;= 1.0
322
323 -   libsystemd &gt;= 222
324
325 -   wayland-client &gt;= 1.11
326
327 -   wayland-ivi-extension &gt;= 2.0.2 (until eel, wayland-ivi-extension &gt;= 1.13)
328
329 -   cmake &gt;= 2.8
330
331 <div id="Supported environment"></div>
332
333 Supported environment
334 -------------------
335
336 | Item        | Description                       |
337 |:------------|:----------------------------------|
338 | AGL version | Electric Eel                      |
339 | Hardware    | Renesas R-Car Starter Kit Pro(M3) |
340
341
342 <div id="Build\ Configuration"></div>
343
344 Build Configuration
345 -------------------
346
347 **Download recipe**
348 If repo is already done, please start with git clone
349
350 ```
351 $ mkdir WORK
352 $ cd WORK
353 $ repo init -u https://gerrit.automotivelinux.org/gerrit/AGL/AGL-repo
354 $ repo sync
355
356 ```
357
358 Then you can get the following recipe.
359
360 * `meta-agl-devel/meta-hmi-framework/recipes-graphics/agl-service-windowmanager-2017`
361
362 * `meta-agl-devel/meta-hmi-framework/recipes-graphics/libwindowmanager`
363
364 **Bitbake**
365
366 ```
367 $ source meta-agl/scripts/aglsetup.sh -m m3ulcb agl-demo
368 $ bitbake agl-demo-platform
369 ```
370
371 <div id="Implementation\ Notes"></div>
372
373 Implementation Notes
374 ====================
375
376 The window manager is implemented as a app-framework-binder binding.
377 That means, the build produces one shared object that exports a binding
378 interface.
379
380 <div id="Structure"></div>
381
382 Structure
383 ---------
384
385 The implementation is loosely split across the following source files:
386
387 -   `main.cpp`: The program entry point as used by the afb-daemon. This
388     file defines the afbBindingV2 symbol that is used by the afb-daemon
389     in order to load a binding. It also defines the wayland fd event
390     dispatcher and some globals to be used (as context for the afb calls
391     we receive).
392
393 -   `app.cpp` / `app.hpp`: This is the main window manager
394     logic implementation.
395
396 -   `config.cpp` / `config.hpp`: Very simple configuration
397     item interface.
398
399 -   `controller_hooks.hpp`: hook functions called by the wayland
400     controller to call into the window manager instance. Only a very limited number
401     of events are passed to the window manager, which allowed the usage of
402     such a simple interface.
403
404 -   `json_helper.cpp` / `json_helper.hpp`: Smaller json related
405     helper functions.
406
407 -   `layers.cpp` / `layers.hpp`: Actually hold all the data from
408     layers.json configuration, do some transformations and service the
409     window manager implementation.
410
411 -   `layout.cpp` / `layout.hpp`: Very simple layout state for the
412     implementation of split layouts and tracking of the
413     surfaces involved.
414
415 -   `policy.hpp`: PolicyManager implementation stub. Gets passed the
416     current and new layout on layout switch and can decide upon it being
417     valid or not.
418
419 -   `result.hpp`: Simple result class around
420     `std::experimental::optional` that additionally can hold a
421     `char const *` to describe the error.
422
423 -   `util.cpp` / `util.hpp`: general utility functions and structs - and
424     preprocessor definitions (e.g. `log*()` to AFB logging functions.
425
426 -   `wayland_ivi_wm.cpp` / `wayland_ivi_wm.hpp`: A C++ object-oriented
427     libwayland-client wrapper. It is instanced in `main.cpp` and handles
428     all our wayland needs. These files are in master. In eel, the name
429     of these files are `wayland.cpp` / `wayland.hpp`
430
431 <div id="Sequence"></div>
432
433 Sequence
434 ===============
435
436 To understand the sequence between application and window manager, refer to the [spec document](https://wiki.automotivelinux.org/windowmanager).
437
438
439 <div id="Binding\ API"></div>
440
441 Binding API
442 ===============
443
444 Each function returns a reply containing at least a failed or successful
445 result of the call, additionally, when calls return something, it is
446 noted.
447
448 <div id="LibWindowmanager"></div>
449
450 LibWindowmanager
451 ------
452
453 This is the public interface of the class `LibWindowmanager`.
454
455     class LibWindowmanager
456     {
457     public:
458         LibWindowmanager();
459         ~LibWindowmanager();
460
461         enum EventType {
462            Event_Active = 0,
463            Event_Inactive,
464
465            Event_Visible,
466            Event_Invisible,
467
468            Event_SyncDraw,
469            Event_FlushDraw,
470         };
471
472         int init(int port, char const *token);
473
474         // Window manager API
475         int requestSurface(json_object *object);
476         int requestSurfaceXDG(json_object *object);
477         int activateSurface(json_object *object);
478         int deactivateSurface(json_object *object);
479         int endDraw(json_object *object);
480         int getDisplayInfo(json_object *object);
481         int getAreaInfo(json_object *in_obj, json_object *out_obj);
482
483         int getAreaInfo(const char *label, json_object *out_obj);
484
485         void set_event_handler(enum EventType et, handler_fun f);
486
487     };
488
489 <div id="Methods"></div>
490
491 Methods
492 -------
493
494 ### init(int port, char const *token)
495
496 Initialize the Binding communication.
497
498 The `token` parameter is a string consisting of only alphanumeric characters.
499 If these conditions are not met, the LibWindowmanager instance will not initialize,
500 i.e. this call will return `-EINVAL`.
501
502 The `port` parameter is the port the afb daemon is listening on, an
503 invalid port will lead to a failure of the call and return `-EINVAL`.
504
505 ### requestSurface(json_object *object)
506
507 **args: `{ 'kKeyDrawingName': 'application name' }`**
508 This method requests a surface with the label given from the *Window Manager*.
509 It will return `surface id` a client application can use, and
510 `-errno` on failure. Additionally, on the standard error, messages are
511 logged to help debugging the issue.
512
513 ### requestSurfaceXDG(json_object *object)
514
515 **args: `{ 'kKeyDrawingName': 'application name', 'kKeyIviId': 'ivi id' }`**
516 This method is mainly intended for *xdglauncher* that controls xdg application such as chromium.
517 It will return `surface id` xdglauncher uses, and
518 `-errno` on failure. Additionally, on the standard error, messages are
519 logged to help debugging the issue.
520
521 ### activateSurface(json_object *object)
522
523 **args: `{ 'kKeyDrawingName': 'application name', 'kKeyDrawingArea': 'layout'  }`**
524 This method is mainly intended for *manager* applications that control
525 other applications (think an application manager or the *HomeScreen*).
526 It instructs the window manager to activate the surface with the given
527 *label*.
528
529 This method only is effective after the actual window or surface was
530 created by the application.
531
532 ### deactivateSurface(json_object *object)
533
534 **args: `{ 'kKeyDrawingName': 'application name' }`**
535 This method is mainly intended for *manager* applications that control other applications.
536 In adition, this is for applications that overrides other applications such like popup message.
537 In this case, popup surface requests to be hidden. It instructs the window manager to deactivate the surface associated with the given label. Note, that deactivating a surface also means to implicitly activate another (the last active or if not available *main surface* or *HomeScreen*.)
538
539 This method only is effective after the actual window or surface was
540 created by the application.
541
542 ### endDraw(json_object *object)
543
544 **args: `{ 'kKeyDrawingName': 'application name' }`**
545 This function is called from a client application when it is done
546 drawing its surface content.
547
548 It is not crucial to make this call at every time a drawing is finished
549 - it is mainly intended to allow the window manager to synchronize
550 drawing in case of layout switch. The exact semantics are explained in
551 the next [Events](#_events) Section.
552
553 ### getDisplayInfo(json_object *object)
554
555 **args: `{ }`**
556 This function gets the display information as follows:
557  - width[pixel]
558  - height[pixel]
559  - width[mm]
560  - height[mm]
561
562 It outputs the display information for json_object in the argument as follows:
563   `{"width_pixel": int value of width[pixel], "height_pixel": int value of height[pixel],
564     "width_mm": int value of width[mm], "height_mm": int value of height[mm]}`
565
566 It should be called after calling init().
567 It should not be called in the event handler because it occurs hang-up.
568
569 #### NOTE
570 It uses wl_output::geometry() for getting physical width[mm] and height[mm] of the display,
571 but the value is different with measured value.
572
573  - value from wl_output::geometry(): width:320 height:520
574  - measured value                  : width:193 height:343
575
576 ### getAreaInfo(json_object *in_obj, json_object *out_obj)
577
578 **args1: `{ 'kKeyDrawingName': 'application name' }`**
579 **args2: `{ }`**
580 This function gets the information of area drawn by the application as follows:
581  - x-coordinate
582  - y-coordinate
583  - width
584  - height
585
586 It outputs the area information for json_object in the 2nd argument as follows:
587   `{"x": int value of x-coordinate, "y": int value of y-coordinate,
588     "width": int value of width, "height": int value of height}`
589
590 It should be called after calling activateSurface().
591 It should not be called in the event handler because it occurs hang-up.
592
593 #### NOTE
594 The same information can given by SyncDraw event.
595
596 ### getAreaInfo(const char *label, json_object *out_obj)
597
598 **args1: String of application name**
599 **args2: `{ }`**
600 This function is same with `getAreaInfo(json_object *in_obj, json_object *out_obj)`,
601 but only has difference of 1st argument.
602
603 ### set\_event\_handler(enum EventType et, handler_fun f)
604
605 This method needs to be used to register event handlers for the WM
606 events described in the EventType enum. Only one hendler for each
607 EventType is possible, i.e. if it is called multiple times with the same
608 EventType the previous handler will be replaced.
609
610 The `func` handler functions will receive the label of the surface this
611 event is targeted at.
612
613 See Section [Events](#_events) for more detailed information about event
614 delivery to client applications.
615
616 <div id="Errors"></div>
617
618 Errors
619 ------
620
621 Methods returning an `int` signal successful operation when returning
622 `0`. In case of an error, an error value is returned as a negative errno
623 value. E.g. `-EINVAL` to signal that some input value was invalid.
624
625 Additionally, logging of error messages is done on the standard error
626 file descriptor to help debugging the issue.
627
628 <div id="Usage"></div>
629
630 Usage
631 -----
632
633 ### Initialization of LibWindowmanager
634
635 Before usage of the LibWindowmanager, the method `init()` must be
636 called once, it will return `-errno` in case of an error and log
637 diagnostic messages to stderr.
638
639 ### Request a surface
640
641 When creating a surface with *Qt* - it is necessary to request a surface
642 from the WM, internally this will communicate with the window manager
643 binding. Only after `requestSurface()` was successful, a surface should
644 be created.
645
646 This is also true for *QML* applications, where only after the
647 `requestSurface()` should the load of the resource be done. The method
648 returns `surface id` a client application can use
649 after the surface was requested successfully.
650
651 #### Workings of requestSurface()
652
653 `LibWindowmanager::requestSurface()` calls the AFB binding verb
654 `requestsurface` of the `windowmanager` API. This API call will return a
655 numeric ID to be used when creating the surface. This ID is never
656 explicitly returned to the client application, instead, it is set in the
657 application environment in order for *Qt* to then use it when creating
658 the surface.
659
660 With the current *Qt* implementation this means, that only one surface
661 will be available to client applications, as subsequent windows will
662 increment this numeric ID internally - which then will lead to IDs that
663 cannot be known by the window manager as there is no direct
664 communication from *Qt* to the WM.
665
666 <div id="Events"></div>
667
668 Events
669 ------
670
671 Events are a way for the *Window Manager* to propagate information to
672 client applications. It was vital for the project to implement a number
673 of events, that mirror functionality that is already present in the
674 wayland protocol.
675
676 All events have the surface label as argument - a way to enable future
677 multi-surface applications.
678
679 As already stated above, this is currently not possible with the way
680 *Qt* implements its surface ID setting.
681
682 ### Active and Inactive Events
683
684 These events signal an application that it was activated or deactivated
685 respectively. Usually this means it was switched visible - which means
686 the surface will now be on the screen and therefor continue to render.
687
688 -   `Active(json_object *object)`
689     args: { 'kKeyDrawingName': 'application name' }
690     Signal that the surface with the name
691     `kKeyDrawingName` is now active.
692
693 -   `Inactive(json_object *object)`
694     args: { 'kKeyDrawingName': 'application name' }
695     Signal that the surface with the
696     name `kKeyDrawingName` is now inactive. This usually means, the layout
697     got changed, and the surface is now considered inactive
698     (or sleeping).
699
700 ### Visible and Invisible
701
702 These events signal an application that it was switched to be visible or
703 invisible respectively. These events also are handled implicitly through
704 the wayland protocol by means of `wl_surface::enter` and
705 `wl_surface::leave` events to the client.
706
707 -   `Visible(json_object *object)`
708     args: { 'kKeyDrawingName': 'application name' }
709     Signal applications, that the
710     surface with name `kKeyDrawingName` is now visible.
711
712 -   `Invisible(json_object *object)`
713     args: { 'kKeyDrawingName': 'application name' }
714     Signal applications that the
715     surface with name `kKeyDrawingName` is now invisible.
716
717 ### SyncDraw and FlushDraw
718
719 These events instruct applications that they should redraw their surface
720 contents - again, this is handled implicitly by the wayland protocol.
721
722 `SyncDraw` is sent to the application when it has to redraw its surface.
723
724 `FlushDraw` is sent to the application when it should swap its buffers,
725 that is *signal* the compositor that its surface contains new content.
726
727 -   `SyncDraw(json_object *object)`
728     args: { 'kKeyDrawingName': 'application name', 'kKeyDrawingArea': 'layout',
729             'kKeyDrawingRect': { "x": int value of x-coordinate, "y": int value of y-coordinate,
730                                  "width": int value of width, "height": int value of height } }
731     Signal applications, that the
732     surface with name `kKeyDrawingArea` needs to redraw its content
733     in the layout with name `kKeyDrawingArea` - this
734     usually is sent when the surface geometry changed.
735     And the area position and size are included with name `kKeyDrawingRect`.
736
737 -   `FlushDraw(json_object *object)`
738     args: { 'kKeyDrawingName': 'application name' }
739     Signal applications, that the
740     surface with name `kKeyDrawingArea` can now be swapped to its newly
741     drawn content as the window manager is ready to activate a new
742     layout (i.e. a new surface geometry).
743
744 <div id="Sample"></div>
745
746 Sample
747 ============
748
749 In order to enable application to use the `WM` surface registration
750 function the above described steps need to be implemented.
751
752 As a minimal example the usage and initialization can look like the
753 following.
754
755 Repo: `apps/agl-service-homescreen-2017`
756 Path: `sample/template/main.c`
757