Android Graphic 架构

原址

这篇文章中,我们会展示android Graphic 的架构.

Androidframework

我们知道Android framework 提供了两大类graphicrender API.一是用Canvas 类也称2D renderer另外一种是直接用OpenGL 接口, 通常称为3D renderer path app. 下图是用2Drenderer path 的 Graphic stack.

通常这里有两种底层库来支撑2D renderer path app.

Skia(Libskia.so).Android SW render engine.
HWUI(libhwui.so)HWUI 是把Canvas 的drawing 操作转换为OpenGL 的操作(OpenGLRenderer).这样就可以用GPU来加速Canvas 的drawing.
现在在HUWI 是默认enable的.

其通常的调用流程如下:

下图是3D renderer path 的Androidapp stack.

Activiy 能直接创建GLSurfaceView并通过调用OpenGL ES 接口android.opengl.*把view 画到surface 上.一般来说其底层库可以是SW 的实现也可以是HW 的实现.当前Android 原生的code 就有SW的实现pixelflinger(只实现了OpenGL ES 1.0 ),Google 要求所有的芯片厂商需要有OpenGL 的HW 实现.其流程简单如下:

2. Android Graphic component

主要有以下compoent:

Surface

在android graphic 系统中,所有的内容都画在”surface”上.对android graphic 系统我们可以看作生产者/消费者模型.对生成者来说,就是产生图像如button,image,video frame 等.而图像的消费者往往是android graphic 的另一个重要compoent --surfaceflinger.我们每创建一个window,就创建了一个surface.
Surfaceflinger

Surfaceflinger是一个系统后台服务程序,其主要作用是把所有可见的surface合成到LCD 上.
Image Stream Producers

图像的生成者.如Canvas, OpenGL ES 和video player 等.
Image Stream Consumers

图像的消费者.最主要的消费者是surfaceflinger. OpenGL ES APP 也有可能成为图像的消费者,如camera app 的preview 就是camera sensor 图像输出的消费者.一些非GL 的应用也可能成为图像的消费者,如imageReader 等.
Window Manager

Androd的后台servcie,驻留在system server 中.其主要管理android中的window. window 是view的容器并且和surface相关联.一个window 对应一个surface.除此之外,window manager 还管理input 事件的分发,焦点事件的管理,window的z-order,位置,animation等.Window manager 把window的meta 信息发送给surfaceflinger.Surfacefinger 根据这些meta 信息把所有可见的window 合成到LCD 上并显示.
Gralloc

Graphic的memroy的分配和管理.
Hardware Composer

其主要完成surface的合成.在andorid 系统中,有两种合成方式.一种是HW,另一种是GPU. HW的合成是比较昂贵的操作, 所以在大多硬件平台上只支持四个layer (surface) 的合成.超过四个layer就需要GPU加入.

另外,Hardware composer 另外一个重要的工作是必须支持VSYNC 事件,HDMI 的hotplug plug-and-play事件.

3. Data flow

下图是典型的android 的graphic的pipeline.

我们知道在androidapp 中通常有4个layer.Navigator bar,System UI, background, app views.在上图中,有一个layer 是由CPU 合成,有3个layer 是由HW composer 合成.

Buffer Queue 在android graphic 中占有重要的地位. 它有一个buffer pool通常只用3个buffer(在app看来这个buffer queue 就是surface.在surfaceflinger看来就是layer).它通过IPCbinder 把图像的生产者和消费者联系了起来.当生产者(app)画好图片后,会通知消费者(Surfaceflinger).消费者(surfaceflinger)会在一定的时间把画好的图片经HWcomposer 或GPU合成后显示在LCD上.BufferQueue有三种工作模式.

阻塞模式

这是buffer queue的默认工作模式.生产者产生一个frame,消费者用掉一个frame.没有frame被丢失.其缺点是如果生产者画得太快,或者说需要的buffer过多,而其消费者处理太慢,当buffer 的数量(默认最多32个buffer)不够用时,生产者会等待.
非阻塞模式

Buffer queue 可以工作在非阻塞模式.如果出现消费不能dequeue buffer 时, 直接返回一个错误而不是等待到一个可用的buffer为止.这样做的好处是可以避免app死锁或者(ANR问题).
Discard mode

BufferQueue 可以工作在discard mode.在这种模式下, 当buffer 不够时, 老的buffer会被discard.

其流程如下:

当生产者需要画图像时,首先需要向window(surface) 申请dequeuer 一个buffer.
生产者画好图像后,把buffer 返回到buffer queue中,并通知消费者已经有一个图像可以使用.
在适当的时候(Vsync-sf),消费者从buffer queue 中获取可用的buffer(已经画好图像),并且处理该图像(合成并显示到LCD)
消费这对图像处理完毕,然后把buffer release 到bufferqueue 中.

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