android 显示系统初步总结

最近研究了一下android的显示系统，参考了一些文档，做一点简单的总结

1，废话不多说，先来一张 surfacefinger源码的source tree


2，再上一张surfacefinger的组件图。（硬件平台是exynos CPU + MALI GPU）

3,名词解释

UMP ： 
unified memory provider
这是由ARM定义的一种内存管理方式，主要用在Mali GPU
允许同一段内存被不同的进程空间映射。
这样可以共享内存，避免了内存的拷贝

最显著的应用，就是视频播放： OMX进程把解码后的数据放入到一段内存，surfacefilnger进程也共享这段内存，从而把这段内存的YUV数据，作为 openGL的纹理进行渲染

SMM:

share memory management

 fbdev:

 framebufer driver

off-screen buffers:

由app或者GPU在绘画的buffer，暂时还没有送到屏幕上

参考：http://blog.csdn.net/wan8180192/article/details/50269405

on-screen buffers：

数据就绪，可以直接拿来显示的buffer

参考：http://blog.csdn.net/wan8180192/article/details/50719123

4,介绍一下几个底层模块

4.1 gralloc
gralloc是surfaceflinger向底层申请和维护graphic buffer的接口
使用共享内存来申请off-screen buffers
使用framebuffer内存来申请on-screen buffers
通过usage flag来设置buffer类型,例如GRALLOC_USAGE_HW_FB,GRALLOC_USAGE_HW_COMPOSER
gralloc也是surfaceflinger设置屏幕显示需要的物理参数的接口
初始化framebuffer 驱动的配置,例如colour depth, double buffering,screen size,
double buffering场景下，需要负责交换on-screen buffers

采用HWComposer类的形式体现给surfaceflinger，供上层使用

4.2 hwcomposer
hwcomposer负责为surfaceflinger提供接口，来讲off-screen buffers中的内容，组合到on-screen buffers
采用HWComposer类的形式体现给surfaceflinger，供上层使用
能够声明自己的API版本号，这样上层就知道他的 capability
能够与gralloc互相交互，来访问off-screen buffers ，on-screen buffers

hwcomposer API capability 表格如下

4.3 fence机制
Fence是一种同步机制，在Android里主要用于图形系统中GraphicBuffer的同步。那它和已有同步机制相比有什么特点呢？它主要被用来处理跨硬件的情况，尤其是CPU，GPU和HWC之间的同步，另外它还可以用于多个时间点之间的同步。GPU编程和纯CPU编程一个很大的不同是它是异步的，也就是说当我们调用GL command返回时这条命令并不一定完成了，只是把这个命令放在本地的command buffer里。具体什么时候这条GL command被真正执行完毕CPU是不知道的，除非CPU使用glFinish()等待这些命令执行完
surfaceflinger使用bufferqueue来推送GraphicBuffer,bufferqueue有四种状态：dequeued,queued，free,accquired.但只指示了CPU里的状态，而GraphicBuffer的真正使用者是GPU。也就是说，当生产者把一个GraphicBuffer放入BufferQueue时，只是在CPU层面完成了归属的转移。但GPU说不定还在用，如果还在用的话消费者是不能拿去合成的。这时候GraphicBuffer和生产消费者的关系就比较暧昧了，消费者对GraphicBuffer具有拥有权，但无使用权，它需要等一个信号，告诉它GPU用完了，或者HWC用完了，消费者才真正拥有使用权。
这就是fence机制。所有的fence都是在kernel层实现的，androidHAL层只是把底层的一些接口的封装及扩展。

fence有好几类，它们有不同的作用，但几乎都是成对存在的。这里分析一下acquireFence 和 releaseFence

acquireFence：
用来控制消费者消费时机。
    禁止显示一个buffer的内容， 直到该fence被触发，触发表示这个buffer的生产者已经不在干预这个buffer了，消费者可以放心的使用了
如果这个graphicbuffer需要GPU来渲染，这个fence由生产者GPU驱动来创建。exynos平台上就是MALI DDK。当GPU渲染完成时，会触发acquireFence
surfaceflinger和hwcomposer会等待这个acquireFence，等到以后，才能读取buffer中的数据。


releaseFence：
用来控制生产者生产时机
     这个Fence被触发，意味着属于这个layer的buffer已经不在被读取了，生产者可以放心的使用
由消费者surfaceflinger和hwcomposer来创建，当这个buffer被显示到屏幕上时，releaseFence被触发。

生产者GPU驱动Mali DDK 会等待这个fence被触发，然后才去渲染这个buffer

4.4 BufferQueue
surfacefinger 通过BufferQueue来推送graphicbuffer
下面两个时机会向BufferQueue中queuebuffer:
buffer被GPU渲染完，或者APP写完，可以被hwcomposer合成的时候
buffer被被HWcomposer合成完，需要被显示的时候
下面两个时机会向BufferQueue中dequeuebuffer:
GPU需要渲染一个buffer，或者APP需要一个buffer时

HWcomposer需要一个buffer做合成时

4.5 framebuffer 驱动
4.5.1 ioctl api
screen information
double buffering
VSYNC
主要有 FBIOGET_FSCREENINFO,FBIOGET_VSCREENINFO,FBIOPUT_FSCREENINFO,FBIOPAN_DISPLAY,FBIO_WAITFORVSYNC,
4.5.2 buffermanagement
exynos平台上主要用了两种内存管理方式
UMP方式，这是由ARM定义的一种内存管理方式，主要用在Mali GPU

dma_buf+ion方式，这是google定义的一套方式。