OpenGL ES：EGL接口解析与理解

本文介绍：EGL接口与初始化介绍，Android系统上EGL的一些理解

一.EGL 介绍

通俗上讲，OpenGL是一个操作GPU的API，它通过驱动向GPU发送相关指令，控制图形渲染管线状态机的运行状态。但OpenGL需要本地视窗系统进行交互，这就需要一个中间控制层，最好与平台无关。

EGL——因此被独立的设计出来，它作为OpenGL ES和本地窗口的桥梁。

EGL 是 OpenGL ES（嵌入式）和底层 Native 平台视窗系统之间的接口。EGL API 是独立于OpenGL ES各版本标准的独立API ，其主要作用是为OpenGL指令创建 Context 、绘制目标Surface 、配置Framebuffer属性、Swap提交绘制结果等。此外，EGL为GPU厂商和OS窗口系统之间提供了一个标准配置接口。

一般来说，OpenGL ES 图形管线的状态被存储于 EGL 管理的一个Context中。而Frame Buffers 和其他绘制 Surfaces 通过 EGL API进行创建、管理和销毁。 EGL 同时也控制和提供了对设备显示和可能的设备渲染配置的访问。

EGL标准是C的，在Android系统Java层封装了相关API。

二．EGL 数据类型与初始化（C标准、egl.h）

EGL 包含了自己的一组数据类型，同时也提供了对一组平台相关的本地数据类型的支持。这些 Native 数据类型定义在 EGL 系统的头文件中。EGL中的一些类型和define抽象了平台的窗口与显存类型，如果理解了这些类型，即可对EGL进行相关配置，有些复杂的类型不比太过纠结底层如何实现。

标准 EGL 数据类型如下所示：

EGLBoolean ——EGL_TRUE =1, EGL_FALSE=0
EGLint ——int 数据类型
EGLDisplay ——系统显示 ID 或句柄，可以理解为一个前端的显示窗口
EGLConfig ——Surface的EGL配置，可以理解为绘制目标framebuffer的配置属性
EGLSurface ——系统窗口或 frame buffer 句柄 ，可以理解为一个后端的渲染目标窗口。
EGLContext ——OpenGL ES 图形上下文，它代表了OpenGL状态机；如果没有它，OpenGL指令就没有执行的环境。

下面几个类型比较复杂，通过例子可以更深入的理解。这里要说明的是这几个类型在不同平台其实现是不同的，EGL只提供抽象标准。

NativeDisplayType——Native 系统显示类型，标识你所开发设备的物理屏幕
NativeWindowType ——Native 系统窗口缓存类型，标识系统窗口
NativePixmapType ——Native 系统 frame buffer，可以作为 Framebuffer 的系统图像（内存）数据类型，该类型只用于离屏渲染.

EGL Displays

EGLDisplay 是一个关联系统物理屏幕的通用数据类型，表示显示设备句柄，也可以认为是一个前端显示窗。为了使用系统的显示设备， EGL 提供了 EGLDisplay 数据类型，以及一组操作设备显示的 API 。
下面的函数原型用于获取 Native Display ：

EGLDisplay eglGetDisplay (NativeDisplayType display);

其 中 display 参数是 native 系统的窗口显示 ID 值。如果你只是想得到一个系统默认的 Display ，你可以使用 EGL_DEFAULT_DISPLAY 参数。如果系统中没有一个可用的 native display ID 与给定的 display 参数匹配，函数将返回 EGL_NO_DISPLAY ，而没有任何 Error 状态被设置。

由于设置无效的 display 值不会有任何错误状态，在你继续操作前请检测返回值。下面是一个使用 EGL API 获取系统 Display 的例子：
m_eglDisplay = eglGetDisplay( system.display);
if (m_eglDisplay == EGL_NO_DISPLAY || eglGetError() != EGL_SUCCESS))
throw error_egl_display;

Initialization 初始化

每个 EGLDisplay 在使用前都需要初始化。初始化 EGLDisplay 的同时，你可以得到系统中 EGL 的实现版本号。了解当前的版本号在向后兼容性方面是非常有价值的。在移动设备上，通过动态查询 EGL 版本号，你可以为新旧版本的 EGL 附加额外的特性或运行环境。基于平台配置，软件开发可用清楚知道哪些 API 可用访问，这将会为你的代码提供最大限度的可移植性。

下面是初始化 EGL 的函数原型：

EGLBoolean eglInitialize (EGLDisplay dpy, EGLint *major, EGLint *minor);

其中 dpy 应该是一个有效的 EGLDisplay 。函数返回时， major 和 minor 将被赋予当前 EGL 版本号。比如 EGL1.0 ， major 返回 1 ， minor 则返回 0 。给 major 和 minor 传 NULL 是有效的，如果你不关心版本号。
eglQueryString() 函数是另外一个获取版本信息和其他信息的途径。通过 eglQueryString() 获取版本信息需要解析版本字符串，所以通过传递一个指针给 eglInitializ() 函数比较容易获得这个信息。注意在调用 eglQueryString() 必须先使用 eglInitialize() 初始化 EGLDisplay ，否则将得到 EGL_NOT_INITIALIZED 错误信息。

下面是获取 EGL 版本字符串信息的函数原型：

onst char * eglQueryString (EGLDisplay dpy, EGLint name);

参数name可以是EGL_VENDOR, EGL_VERSION, 或者EGL_EXTENSIONS 。这个函数最常用来查询有哪些 EGL 扩展被实现。所有 EGL 扩展都是可选的，如果你想使用某个扩展特性，请检查该扩展是否被实现了，而不要想当然假定已经实现了。如果没有扩展被实现，将返回一个 Null 字符串，如果给定的 name 参数无效，则会得到 EGL_BAD_PARAMETER. 错误信息。

初始化EGL

OpenGL ES的初始化过程（EGL初始化）如下图所示意：

Display → Config → Surface
↑
Context
↑
Application → OpenGL Command

1. 获取Display。
获得Display要调用EGLboolean eglGetDisplay(NativeDisplay dpy)，参数一般为 EGL_DEFAULT_DISPLAY 。

2. 初始化egl。
调用 EGLboolean eglInitialize(EGLDisplay dpy, EGLint *major, EGLint *minor)，该函数会进行一些内部初始化工作，并传回EGL版本号(major.minor)。

3. 选择Config。
Config实际指的是FrameBuffer的参数，

一般用EGLboolean eglChooseConfig(EGLDisplay dpy, const EGLint * attr_list, EGLConfig * config, EGLint config_size, EGLint *num_config)，

其中attr_list是以EGL_NONE结束的参数数组，通常以id,value依次存放，对于个别标识性的属性可以只有 id，没有value。

另一个办法是用EGLboolean eglGetConfigs(EGLDisplay dpy, EGLConfig * config, EGLint config_size, EGLint *num_config) 来获得所有config。

这两个函数都会返回不多于config_size个Config，结果保存在config[]中，系统的总Config个数保存 在num_config中。

可以利用eglGetConfig()中间两个参数为0来查询系统支持的Config总个数。
Config有众多的Attribute，这些Attribute决定FrameBuffer的格式和能力，通过eglGetConfigAttrib ()来读取，但不能修改。

构造Surface。
Surface实际上就是一个FrameBuffer，也就是渲染目的地，
通过EGLSurface eglCreateWindowSurface(EGLDisplay dpy, EGLConfig confg, NativeWindow win, EGLint *cfg_attr)

来创建一个可实际显示的Surface。

系统通常还支持另外两种Surface：PixmapSurface和PBufferSurface，这两种都不是可显示的Surface，PixmapSurface是保存在系统内存中的位图，PBuffer则是保存在显存中的帧。

对于这两种surfaceAndroid系统中，支持PBufferSurface。
Surface也有一些attribute，基本上都可以故名思意，

EGL_HEIGHT EGL_WIDTH EGL_LARGEST_PBUFFER EGL_TEXTURE_FORMAT EGL_TEXTURE_TARGET EGL_MIPMAP_TEXTURE EGL_MIPMAP_LEVEL，

通过eglSurfaceAttrib()设置、eglQuerySurface()读取。

创建Context。
OpenGL ES的pipeline从程序的角度看就是一个状态机，有当前的颜色、纹理坐标、变换矩阵、绚染模式等一大堆状态，这些状态作用于OpenGL API程序提交的顶点坐标等图元从而形成帧缓冲内的像素。在OpenGL的编程接口中，Context就代表这个状态机，OpenGL API程序的主要工作就是向Context提供图元、设置状态，偶尔也从Context里获取一些信息。
可以用EGLContext eglCreateContext(EGLDisplay dpy, EGLSurface write, EGLSurface read, EGLContext * share_list)来创建一个Context。
EGL变量之间的绑定
boolean eglMakeCurrent(EGLDisplay display, EGLSurface draw, EGLSurface read, EGLContext context)

该接口将申请到的display，draw（surface）和 context进行了绑定。也就是说，在context下的OpenGLAPI指令将draw（surface）作为其渲染最终目的地。而display作为draw（surface）的前端显示。调用后，当前线程使用的EGLContex为context。

7. 绘制。
应用程序通过OpenGL API进行绘制，一帧完成之后，调用eglSwapBuffers(EGLDisplay dpy, EGLContext ctx)来显示。

此接口的理解，后面会详细介绍。

EGL Configurations 属性配置

EGLConfigs 是一个用来描述 EGL surface 配置信息的数据类型。要获取正确的渲染结果， Surface 的格式是非常重要的。根据平台的不同， surface 配置可能会有限制，比如某个平台或者设备支持 16 位色深显示，或是不支持 stencil buffer ，还有其他的功能限制或精度的差异。

下面是获取系统可用的 EGL 配置信息的函数原型：

EGLBoolean eglGetConfigs (EGLDisplay dpy, EGLConfig *configs,EGLint config_size, EGLint *num_config);

参数 configs 将包含在你的平台上有效的所有 EGL framebuffer 配置列表。支持的配置总数将通过 num_config 返回。实际返回的 configs 的配置个数依赖于程序传入的 config_size 。如果 config_size < num_config ，则不是所有的配置信息都将被返回。如果想获取系统支持的所有配置信息，最好的办法就是先给 eglGetConfig 传一个 NULL 的 configs 参数， num_config 将得到系统所支持的配置总数，然后用它来给 configs 分配合适的内存大小，再用得到的 configs 来调用 eglGetConfig 。

下面是如果使用 eglGetConfig() 函数的例子：

EGLConfig *configs_list;
EGLint num_configs;
// Main Display
m_eglDisplay = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
if( m_eglDisplay == EGL_NO_DISPLAY || eglGetError() != EGL_SUCCESS )
return FALSE;
if( eglInitialize( m_eglDisplay, NULL, NULL ) == EGL_FALSE || eglGetError() != EGL_SUCCESS )
return FALSE;
// find out how many configurations are supported
if ( eglGetConfigs( m_eglDisplay, NULL, 0, &num_configs) == EGL_FALSE || eglGetError() != EGL_SUCCESS )
return FALSE;
configs_list = malloc(num_configs * sizeof(EGLConfig));
if (configs_list == (EGLConfig *)0)
return FALSE;
// Get Configurations
if( eglGetConfigs( m_eglDisplay, configs_list, num_configs, &num_configs) == EGL_FALSE || eglGetError() != EGL_SUCCESS )
return FALSE;

由于当前终端平台的限制，通常只有很少的配置可用。系统支持的配置通常是利用系统硬件提供最好的性能。有时候，当移植游戏或应用到多个平台，它们的 EGL 配置可能会有细微的差别，我们希望作为通用的移植问题来直接处理这些问题。

选择一个 EGL Configuration

基 于 EGL 的属性，可以得到一个和需求接近的Config，但也可以选择自己需要的Config，只要平台支持。不是所有的Config都是有效的，也就是不是所有Config都会支持。 eglChooseConfig() 函数将适配一个所期望的配置，并且尽可能接近一个有效的系统配置。

下面是选择一个 EGL 配置的函数原型：

EGLBoolean eglChooseConfig(EGLDisplay dpy, const EGLint *attrib_list,

EGLConfig *configs, EGLint config_size, EGLint * num_config);

参数 attrib_list 指定了选择配置时需要参照的属性。参数 configs 将返回一个按照 attrib_list 排序的平台有效的所有 EGL framebuffer 配置列表。参数 config_size 指定了可以返回到 configs 的总配置个数。参数 num_config 返回了实际匹配的配置总数。

下面是如果使用 eglChoosetConfig() 函数的例子：

EGLint attrs[3] = { EGL_DEPTH_SIZE, 16, EGL_NONE };
EGLint num_configs;
EGLConfigs *configs_list;
// Get the display device
if ((eglDisplay = eglGetDisplay(EGL_NO_DISPLAY)) == EGL_NO_DISPLAY)
{
return eglGetError();
}
// Initialize the display
if (eglInitialize(eglDisplay, NULL, NULL) == EGL_FALSE)
{
return eglGetError();
}
// Obtain the total number of configurations that match
if (eglChooseConfig(eglDisplay, attrs, NULL, 0, &num_configs) == EGL_FALSE)
{
return eglGetError();
}
configs_list = malloc(num_configs * sizeof(EGLConfig));
if (configs_list == (EGLConfig *)0)
return eglGetError();
// Obtain the first configuration with a depth buffer of 16 bits
if (!eglChooseConfig(eglDisplay, attrs, &configs_list, num_configs, &num_configs))
{
return eglGetError();
}

下面是官方提供的Config属性各标准与默认值。

下面一个初始化EGL的例子，包括：

EGLBoolean initializeWindow(EGLNativeWindow nativeWindow)
{
const EGLint configAttribs[] =
{
EGL_RENDER_TYPE, EGL_WINDOW_BIT,
EGL_RED_SIZE, 8,
EGL_GREEN_SIZE, 8,
EGL_BLUE_SIZE, 8,

EGL_DEPTH_SIZE, 24,
EGL_NONE
};
const EGLint contextAttribs[] =
{
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
EGL_NONE
};
EGLDisplay dpy;
dpy = eglGetNativeDispay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
if(dpy == EGL_NO_DISPLAY)
{
return EGL_FALSE;
}
EGLint major, minor;
if(!eglInitialize(dpy, &major, &minor))
{
return EGL_FALSE;
}
EGLConfig config;
EGLint numConfigs;
if(!eglChooseConfig(dpy, configAttribs, &config, 1,
&numConfigs)) {
return EGL_FALSE;
}
EGLSurface window;
window = eglCreateWindowSurface(dpy, config, nativeWindow, NULL);
if(window == EGL_NO_SURFACE)
{
return EGL_FALSE;
}
EGLContext context;
context = eglCreateContext(dpy, config, EGL_NO_CONTEXT,
contextAttribs);
if(context == EGL_NO_CONTEXT)
{
return EGL_FALSE;
}

if(!eglMakeCurrent(dpy, window, window, context))
{
return EGL_FALSE;
}
return EGL_TRUE;
}