Android帧缓冲区（Frame Buffer）硬件抽象层（HAL）模块Gralloc的实现原理分析（7）

     显示屏的刷新频率与显示屏的扫描时序相关。显示屏的扫描时序可以参考Linux内核源代码目录下的Documentation/fb/framebuffer.txt文件。我们结合图2来简单说明上述代码是如何计算显示屏的刷新频率的。
图 2 显示屏扫描时序示意图

        中间由xres和yres组成的区域即为显示屏的图形绘制区，在绘制区的上、下、左和右分别有四个边距upper_margin、lower_margin、left_margin和right_margin。此外，在显示屏的最右边以及最下边还有一个水平同步区域hsync_len和一个垂直同步区域vsync_len。电子枪按照从左到右、从上到下的顺序来显示屏中打点，从而可以将要渲染的图形显示在屏幕中。前面所提到的区域信息分别保存在fb_var_screnninfo结构体info的成员变量xres、yres、upper_margin、lower_margin、left_margin、right_margin、hsync_len和vsync_len。

        电子枪每在xres和yres所组成的区域中打一个点所花费的时间记录在fb_var_screnninfo结构体info的成员变量pixclock，单位为pico seconds，即10E-12秒。 

        电子枪从左到右扫描完成一行之后，都会处理关闭状态，并且会重新折回到左边去。由于电子枪在从右到左折回的过程中不需要打点，因此，这个过程会比从左到右扫描屏幕的过程要快，这个折回的时间大概就等于在xres和yres所组成的区域扫描（left_margin+right_margin）个点的时间。这样，我们就可以认为每渲染一行需要的时间为（xres + left_margin + right_margin）* pixclock。

       同样，电子枪从上到下扫描完成显示屏之后，需要从右下角折回到左上角去，折回的时间大概等于在xres和yres所组成的区域中扫描（upper_margin + lower_margin）行所需要的时间。这样，我们就可以认为每渲染一屏图形所需要的时间等于在xres和yres所组成的区域中扫描（yres + upper_margin + lower_margin）行所需要的时间。由于在xres和yres所组成的区域中扫描一行所需要的时间为（xres + left_margin + right_margin）* pixclock，因此，每渲染一屏图形所需要的总时间就等于（yres + upper_margin + lower_margin）* （xres + left_margin + right_margin）* pixclock。

       每渲染一屏图形需要的总时间经过计算之后，就保存在变量refreshQuotient中。注意，变量refreshQuotient所描述的时间的单位为1E-12秒。这样，将变量refreshQuotient的值倒过来，就可以得到设备显示屏的刷新频率。将这个频率值乘以10E15次方之后，就得到一个单位为10E-3 HZ的刷新频率，保存在变量refreshRate中。

       当Android系统在模拟器运行的时候，保存在fb_var_screnninfo结构体info的成员变量pixclock中的值可能等于0。在这种情况下，前面计算得到的变量refreshRate的值就会等于0。在这种情况下，接下来的代码会将变量refreshRate的值设置为60 * 1000 * 10E-3 HZ，即将显示屏的刷新频率设置为60HZ。

       再往下看函数mapFrameBufferLocked：

 
      
      if (int(info.width) <= 0 || int(info.height) <= 0) {
 
      
          // the driver doesn't return that information
 
      
          // default to 160 dpi
 
      
          info.width  = ((info.xres * 25.4f)/160.0f + 0.5f);
 
      
          info.height = ((info.yres * 25.4f)/160.0f + 0.5f);
 
      
      }

 
      
      float xdpi = (info.xres * 25.4f) / info.width;
 
      
      float ydpi = (info.yres * 25.4f) / info.height;
 
      
      float fps  = refreshRate / 1000.0f;

        这段代码首先计算显示屏的密度，即每英寸有多少个像素点，分别宽度和高度两个维度，分别保存在变量xdpi和ydpi中。注意，fb_var_screeninfo结构体info的成员变量width和height用来描述显示屏的宽度和高度，它们是以毫米（mm）为单位的。

 

        这段代码接着再将前面计算得到的显示屏刷新频率的单位由10E-3 HZ转换为HZ，即帧每秒，并且保存在变量fps中。

        再往下看函数mapFrameBufferLocked：

 
      
      if (ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo) == -1)
 
      
          return -errno;

 
      
      if (finfo.smem_len <= 0)
 
      
          return -errno;


 
      
      module->flags = flags;
 
      
      module->info = info;
 
      
      module->finfo = finfo;
 
      
      module->xdpi = xdpi;
 
      
      module->ydpi = ydpi;
 
      
      module->fps = fps;

       这段代码再次通过IO控制命令FBIOGET_FSCREENINFO来获得系统帧缓冲区的固定信息，并且保存在fb_fix_screeninfo结构体finfo中，接下来再使用fb_fix_screeninfo结构体finfo以及前面得到的系统帧缓冲区的其它信息来初始化参数module所描述的一个private_module_t结构体。

 

       最后，函数mapFrameBufferLocked就将系统帧缓冲区映射到当前进程的地址空间来：

 
      
          /*
 
      
           * map the framebuffer
 
      
           */

 
      
          int err;
 
      
          size_t fbSize = roundUpToPageSize(finfo.line_length * info.yres_virtual);
 
      
          module->framebuffer = new private_handle_t(dup(fd), fbSize, 0);

 
      
          module->numBuffers = info.yres_virtual / info.yres;
 
      
          module->bufferMask = 0;

 
      
          void* vaddr = mmap(0, fbSize, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
 
      
          if (vaddr == MAP_FAILED) {
 
      
              LOGE("Error mapping the framebuffer (%s)", strerror(errno));
 
      
              return -errno;
 
      
          }
 
      
          module->framebuffer->base = intptr_t(vaddr);
 
      
          memset(vaddr, 0, fbSize);
 
      
          return 0;
 
      
      }

        表达式finfo.line_length * info.yres_virtual计算的是整个系统帧缓冲区的大小，它的值等于显示屏行数（虚拟分辨率的高度值，info.yres_virtual）乘以每一行所占用的字节数（finfo.line_length）。函数roundUpToPageSize用来将整个系统帧缓冲区的大小对齐到页面边界。对齐后的大小保存在变量fbSize中。

 

        表达式finfo.yres_virtual / info.yres计算的是整个系统帧缓冲区可以划分为多少个图形缓冲区来使用，这个数值保存在参数module所描述的一个private_module_t结构体的成员变量nmBuffers中。参数module所描述的一个private_module_t结构体的另外一个成员变量bufferMask的值接着被设置为0，表示系统帧缓冲区中的所有图形缓冲区都是处于空闲状态，即它们可以分配出去给应用程序使用。

        系统帧缓冲区是通过调用函数mmap来映射到当前进程的地址空间来的。映射后得到的地址空间使用一个private_handle_t结构体来描述，这个结构体的成员变量base保存的即为系统帧缓冲区在当前进程的地址空间中的起始地址。这样，Gralloc模块以后就可以从这块地址空间中分配图形缓冲区给当前进程使用。

        至此，fb设备的打开过程就分析完成了。在打开fb设备的过程中，Gralloc模块还完成了对系统帧缓冲区的初始化工作。接下来我们继续分析Gralloc模块是如何分配图形缓冲区给用户空间的应用程序使用的。