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android核心分析
Android核心分析
发布于2011-09-30
Android核心分析（23）-----AndoirdGDI之基本原理及其总体框架
在Android中所涉及的概念和代码最多，最繁杂的就是GDI相关的代码了。
但是本质从抽象上来讲，这么多的代码和框架就干了一件事情：
对显示缓冲区的操作和管理。
GDI主要管理图形图像的输出,从整体方向上来看,GDI可以被认为是一个物理屏幕使用的管理器。
因为在实际的产品中，我们需要在物理屏幕上输出不同的窗口，而每个窗口认为自己独占屏幕的使用，对所有窗口输出，应用程序不会关心物理屏幕是否被别的窗口占用，而只是关心自己在本窗口的输出，至于输出是否能在屏幕上看见，则需要GDI来管理。
从最上层到最底层的数据流的分析可以看到实际上GDI在上层为GUI提供一个抽象的概念,就好像操作系统中的文件系统所提供文件，目录等抽象概念一样，GDI输出抽象成了文本,画笔,位图操作等设备无关的操作,让应用程序员只需要面对逻辑的设备上下文进行输出操作,而不要涉及到具体输出设备,以及输出边界的管理。
GDI负责将文本、线条、位图等概念对象映射到具体的物理设备，所以GDI的在大体方向上可以分为以下几大要素：
∙画布
∙字体
∙文本输出
∙绘画对象
∙位图输出
Android的GDI系统
Android的GDI系统所涉及到概念太多，加之使用了OpenGL使得Android的层次和代码很繁杂。
但是我们对于Android的GDI系统需要了解的方面不是他的静态的代码关系，而是动态的对象关系，在逻辑运行的架构上理解GDI。
我们首先还是需要从代码结构开始我们的理解。
Frameworks/Libs/Surfaceflinger
Frameworks/base/core/jni/android_view_Surface.cpp
Frameworks/base/core/java/android/view/surface.java
Frameworks/base/Graphics：
绘图接口
Frameworks/Libs/Ui
External/Skia
其中External/Skia是一个C++的2D图形引擎库，Android的2D绘制系统都是建立在该基础之上.Skia完成了：
文本输出，位图，点，线，图像解码等功能。
我在这里给出AndroidGDI的基本框架示意图。
对于上面的GDI架构图我们只是一个大概的了解，我们有太多的问题需要解决，有太多的疑问需要得到答案，我就一直在想，为什么设计者有提出如此众多的概念，这个概念的背景是什么？
他要管理什么，他要抽象什么？
从前面知道，Android的整个设计理念就是无边界化，他是如何穿透Linux进程这个鸿沟来达到无边界的？
Surface，Canvas，Layer，LayerBase,NativeBuffer，SurfaceFlinger，SurfaceFlingerClient这些到底是一个什么东西？
如何管理，传递的是什么？
创建的是什么？
这些都是抽象的概念，绘画的终极的缓冲区到底是如何管理的？
缓冲区到底在哪里？
我们还是看看做终极的，最本质的设计概念，在从这些概念出发，来探讨这些概念的形成过程，是否有必要去生成写概念。
SurfaceFlinger本质上干什么的？
SurfaceFlinger的确就是这个意义：
应用程序通过SurfaceFlinger将自己的“Surface”投掷到屏幕缓冲区。
至于如何投掷的，我们将会在后面详细描述。
Android核心分析（24）-----AndroidGDI之显示缓冲管理
AndroidGDI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
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，
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。
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。
2Android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。
AndroidGralloc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）
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：
staticstructhw_module_methods_tgralloc_module_methods={
open:
gralloc_device_open
};
structprivate_module_tHAL_MODULE_INFO_SYM={
base:
{
common:
{
tag:
HARDWARE_MODULE_TAG,
…
id:
GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID,
name:
"GraphicsMemoryAllocatorModule",
author:
"TheAndroidOpenSourceProject",
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CStruct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。
typedefconstnative_handle*buffer_handle_t;
private_module_tHAL_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。
看不清楚上面图，可以偏一下头横着看：
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：
（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。
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