Android的图形显示原理（GDI）一

Android GDI基本框架

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Android GDI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 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

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。

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：[email protected]\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：

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。

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。

本篇文章来源于 Linux公社网站(www.linuxidc.com) 原文链接：http://www.linuxidc.com/Linux/2011-04/33966p24.htm

Android GDI基本框架

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