Android GDI之屏幕设备管理-动态链接库

  万丈高楼从地起，从最根源的硬件帧缓冲区开始。我们知道显示FrameBuffer在系统中就是一段内存,GDI的工作就是把需要输出的内容放入到该段内存的某个位置。我们从基本的点（像素点）和基本的缓冲区操作开始。

1 基本知识

1.1点的格式

     对于不同的LCD来讲，FrameBuffer的二进制格式不一样，并且可以分为两部分：

  

   1)点的格式：通常将Depth,即表示多少位表示一个点。

1位表示一个点

2位表示一个点

16位表示一个点

32位表示一个点（Alpha通道）

      2) 点内格式：RGB分量分布表示。

例如对于我们常见的16位表示一个点


android中的缓存框架 安卓缓冲区_methods

1.2．格式之间的转换

所以屏幕输出实际上是一个值映射的关系。我们可以有如下的点格式转换，

android中的缓存框架 安卓缓冲区_android中的缓存框架_02

源格式可能来自单色位图和彩色位图，对于具体的目标机来讲，我们的目标格式可能就是一种，例如16位（5/6/5）格式。其实就只存在一种格式的转换，即从目标格式都是16位格式。

android中的缓存框架 安卓缓冲区_methods_03

但是，在设计GDI时，基本要求有一个可移植性好，所以我们还是必须考虑对于不同点格式LCD之间的转换操作。所以在GDI的驱动程序中涉及到如下几类主要操作:

区域操作(Blit)：我们在显示缓冲区上做的最多的操作就是区块搬运。由此，很多的应用处理器使用了硬件图形加速器来完成区域搬运:blit.从我们的主要操作的对象来看,可以分为两个方向:

1)内存区域到屏幕区域

2)屏幕区域到屏幕区域

3)屏幕区域到内存区域

4)内存区域到内存区域

在这里我们需要特别提出的是，由于在Linux不同进程之间的内存不能自由的访问，使得我们的每个Android应用对于内存区域和屏幕缓冲区的使用变得很复杂。在Android的设计中，在屏幕缓冲区和显示内存缓冲区的管理分类很多的层次，最上层的对象是可以在进程间自由传递，但是对于缓冲区内容则使用共享内存的机制。

基于以上的基础知识，我们可以知道：

（1）代码中Config及其Format的意义所在了。也就理解了兼容性的意义：采用同硬件相同的点的描述对象

（2）所有屏幕上图形的移动都是显示缓冲区搬运的结果。

1.2图形加速器

    应用处理器都可能带有图形加速器，对于不同的应用处理器对其图形加速器可能有不同的处理方式，对于2D加速来讲，都可归结为Blit。多为数据的搬运，放大缩小，旋转等。

 

2 Android的缓冲区抽象定义

    不同的硬件有不同的硬件图形加速设备和缓冲内存实现方法。Android Gralloc动态库抽象的任务就是消除不同的设备之间的差别，在上层看来都是同样的方法和对象。在Moudle层隐藏缓冲区操作细节。Android使用了动态链接库gralloc.xxx.so，来完成底层细节的封装。

2.1 本地定义@hardware/libhandware/modules/gralloc

每个动态链接库都是用相同名称的调用接口：

1)硬件图形加速器的抽象：BlitEngine，CopyBit的加速操作。
2)硬件FrameBuffer内存管理
3)共享缓存管理

从数据关系上我们来考察..动态链接库的抽象行为：在层次：Hardware.c@hardware/libhardware 中对动态链接库中的内容作了全新的包装。/system/lib/hw/gralloc.xxx.so动态库文件。从文件Gralloc.h(handware/libhardware/include/hardware)是抽象的结果：hw_get_module从gralloc.xxx.so提取了HAL_MODULE_INFO_SYM（SYM变量）

android中的缓存框架 安卓缓冲区_methods_04

从展露在外部的数据结构，我们在@Gralloc.cpp看到到了这样的布局：

static struct hw_module_methods_t gralloc_module_methods = {
open: gralloc_device_open
};
struct private_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
    base: {
        common: {
            tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
             …
            id: GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID,
            name: "Graphics Memory Allocator Module",
            author: "The Android Open Source Project",
            methods: &gralloc_module_methods
        },
registerBuffer: gralloc_register_buffer,
unregisterBuffer: gralloc_unregister_buffer,
lock:  gralloc_lock,
unlock:  gralloc_unlock,
    },
    framebuffer: 0,
    flags: 0,
    numBuffers: 0,
    bufferMask: 0,
…
};

我们建立了什么对象来支撑缓冲区的操作？

buffer_handle_t：外部接口。
methods.open，registerBuffer，unregisterBuffer，lock，unlock

下面是外部接口和内部对象的结构关系，该类型的结构充分利用C Struct的数据排列特性：基本结构体放置在最前面，本地私有放置在后面，满足了抽象的需要。

typedef const native_handle* buffer_handle_t;

private_module_t  HAL_MODULE_INFO_SYM 向往暴露的动态链接库接口，通过该接口，我们直接可以使用该对象。

android中的缓存框架 安卓缓冲区_methods_05

看不清楚上面图，可以偏一下头横着看：

android中的缓存框架 安卓缓冲区_methods_06

几个接口函数的解释：

(1)fb_post

对于帧缓冲区实际地址并不需要向上层报告，所有的操作都是通过fb_post了完成。

 

fp_post的任务就是将一个Buffer的内容传递到硬件缓冲区。其实现方式有两种：

 

android中的缓存框架 安卓缓冲区_android_07

（方式1）无需拷贝动作，是把Framebuffer的后buffer切为前buffer，然后通过IOCTRL机制告诉FB驱动切换DMA源地地址。这个实现方式的前提是Linux内核必须分配至少两个缓冲区大小的物理内存和实现切换的ioctrol，这个实现快速切换。


（方式2）利用Copy的方式。不修改内核，则在适配层利用从拷贝的方式进行，但是这个是费时了。


 

 

(2)gralloc的主要功能是要完成：

     1）打开屏幕设备 "/dev/fb0",，并映射硬件显示缓冲区。

     2）提供分配共享显示缓存的接口

     3）提供BiltEngine接口（完成硬件加速器的包装）

（3）gralloc_alloc输出buffer_handle_t句柄。

     这个句柄是共享的基本依据，其基本原理在后面的章节有详细描述。

3 总结

/system/lib/hw/gralloc.xxx.so是跟硬件体系相关的一个动态链接库，也可以叫做Android的硬件抽象层。他实现了Android的硬件抽象接口标准，提供显示内存的分配机制和CopyBit等的加速实现。而如何具体实现这些功能，则跟硬件平台的配备有关系，所以我们看到了对于与不同的硬件架构，有不同的配置关系。