Android核心分析（24)-----Android GDI之顯示緩沖管理

Android GDI之屏幕設備管理-動態鏈接庫

       萬丈高樓從地起，從最根源的硬件幀緩沖區開始。我們知道顯示FrameBuffer在系統中就是一段內存,GDI的工作就是把需要輸出的內容放入到該段內存的某個位置。我們從基本的點（像素點）和基本的緩沖區操作開始。

1 基本知識

1.1點的格式

     對於不同的LCD來講，FrameBuffer的二進制格式不一樣，並且可以分為兩部分：

   1)點的格式：通常將Depth,即表示多少位表示一個點。

1位表示一個點

2位表示一個點

16位表示一個點

32位表示一個點（Alpha通道）

      2) 點內格式：RGB分量分布表示。

例如對於我們常見的16位表示一個點

1.2．格式之間的轉換

所以屏幕輸出實際上是一個值映射的關系。我們可以有如下的點格式轉換，

源格式可能來自單色位圖和彩色位圖，對於具體的目標機來講，我們的目標格式可能就是一種，例如16位（5/6/5）格式。其實就只存在一種格式的轉換，即從目標格式都是16位格式。

但是，在設計GDI時，基本要求有一個可移植性好，所以我們還是必須考慮對於不同點格式LCD之間的轉換操作。所以在GDI的驅動程序中涉及到如下幾類主要操作:

區域操作(Blit)：我們在顯示緩沖區上做的最多的操作就是區塊搬運。由此，很多的應用處理器使用了硬件圖形加速器來完成區域搬運:blit.從我們的主要操作的對象來看,可以分為兩個方向:

1)內存區域到屏幕區域

2)屏幕區域到屏幕區域

3)屏幕區域到內存區域

4)內存區域到內存區域

在這裡我們需要特別提出的是，由於在Linux不同進程之間的內存不能自由的訪問，使得我們的每個Android應用對於內存區域和屏幕緩沖區的使用變得很復雜。在Android的設計中，在屏幕緩沖區和顯示內存緩沖區的管理分類很多的層次，最上層的對象是可以在進程間自由傳遞，但是對於緩沖區內容則使用共享內存的機制。

基於以上的基礎知識，我們可以知道：

（1）代碼中Config及其Format的意義所在了。也就理解了兼容性的意義：采用同硬件相同的點的描述對象

（2）所有屏幕上圖形的移動都是顯示緩沖區搬運的結果。

1.2圖形加速器

    應用處理器都可能帶有圖形加速器，對於不同的應用處理器對其圖形加速器可能有不同的處理方式，對於2D加速來講，都可歸結為Blit。多為數據的搬運，放大縮小，旋轉等。

2 Android的緩沖區抽象定義

    不同的硬件有不同的硬件圖形加速設備和緩沖內存實現方法。Android Gralloc動態庫抽象的任務就是消除不同的設備之間的差別，在上層看來都是同樣的方法和對象。在Moudle層隱藏緩沖區操作細節。Android使用了動態鏈接庫gralloc.xxx.so，來完成底層細節的封裝。

2.1 本地定義@hardware\libhandware\modules\gralloc

每個動態鏈接庫都是用相同名稱的調用接口：

1)硬件圖形加速器的抽象：BlitEngine，CopyBit的加速操作。

2)硬件FrameBuffer內存管理

3)共享緩存管理

從數據關系上我們來考察..動態鏈接庫的抽象行為：在層次：[email protected]\libhardware 中對動態鏈接庫中的內容作了全新的包裝。/system/lib/hw/gralloc.xxx.so動態庫文件。從文件Gralloc.h(handware\libhardware\include\hardware)是抽象的結果：hw_get_module從gralloc.xxx.so提取了HAL_MODULE_INFO_SYM（SYM變量）

從展露在外部的數據結構，我們在@Gralloc.cpp看到到了這樣的布局：

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,

…

};

我們建立了什麼對象來支撐緩沖區的操作？

buffer_handle_t：外部接口。

methods.open，registerBuffer，unregisterBuffer，lock，unlock

下面是外部接口和內部對象的結構關系，該類型的結構充分利用C Struct的數據排列特性：基本結構體放置在最前面，本地私有放置在後面，滿足了抽象的需要。

typedef const native_handle* buffer_handle_t;

private_module_t  HAL_MODULE_INFO_SYM 向往暴露的動態鏈接庫接口，通過該接口，我們直接可以使用該對象。

看不清楚上面圖，可以偏一下頭橫著看：

幾個接口函數的解釋：

(1)fb_post

對於幀緩沖區實際地址並不需要向上層報告，所有的操作都是通過fb_post了完成。

fp_post的任務就是將一個Buffer的內容傳遞到硬件緩沖區。其實現方式有兩種：

（方式1）無需拷貝動作，是把Framebuffer的後buffer切為前buffer，然後通過IOCTRL機制告訴FB驅動切換DMA源地地址。這個實現方式的前提是Linux內核必須分配至少兩個緩沖區大小的物理內存和實現切換的ioctrol，這個實現快速切換。

（方式2）利用Copy的方式。不修改內核，則在適配層利用從拷貝的方式進行，但是這個是費時了。

(2)gralloc的主要功能是要完成：

     1）打開屏幕設備 "/dev/fb0",，並映射硬件顯示緩沖區。

     2）提供分配共享顯示緩存的接口

     3）提供BiltEngine接口（完成硬件加速器的包裝）

（3）gralloc_alloc輸出buffer_handle_t句柄。

     這個句柄是共享的基本依據，其基本原理在後面的章節有詳細描述。

3 總結

       總結一下，/system/lib/hw/gralloc.xxx.so是跟硬件體系相關的一個動態鏈接庫，也可以叫做Android的硬件抽象層。他實現了Android的硬件抽象接口標准，提供顯示內存的分配機制和CopyBit等的加速實現。而如何具體實現這些功能，則跟硬件平台的配備有關系，所以我們看到了對於與不同的硬件架構，有不同的配置關系。