Android核心分析之二十四Android GDI之显示缓冲管理

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
                     

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2012-3-22 11:58 上传

 

　　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，
                 

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　　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。
                        

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2012-3-22 11:59 上传

 

　　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）
                     

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2012-3-22 12:00 上传

 

　　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。
                  

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　　看不清楚上面图，可以偏一下头横着看：
                  

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　　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：
                  

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　　（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
　　总结一下，/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。