EGL接口解析与理解

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。

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：

const 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：

获取Display。获得Display要调用EGLboolean eglGetDisplay(NativeDisplay dpy)，参数一般为EGL_DEFAULT_DISPLAY 。
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)。
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，基本上都可以顾名思义。

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。
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。

img

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 = eglCreateWindowSurface(dpy, config, nativeWindow, NULL);
    if(window == EGL_NO_SURFACE)
    {
        return EGL_FALSE;
    }
    EGLContext 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;
}

eglSwapBuffers接口实现说明

一般性嵌入式平台

img

利用双缓冲进行Swap的时候，Display和Surface进行实际意义上的地址交换，来实现eglSwapBuffers的标准，如上图的右侧所示。

上图的左侧表示，单缓冲Framebuffer的形式，Surface永远都在后端，显示的永远是Display，在GPU出现后已不使用。

Android平台

为了实现eglSwapBuffers， eglSurface其实代表了一个从NativeWindow 申请到的一个Buffer（Dequeue操作）。当调用eglSwapBuffers时，对于一般应用窗口而言，NativeWindow将该Surface的Buffer 提交回去给SurfaceFlinger（Queue操作)，然后又重新从NativeWindow中重新Dequeue出来一个新的Buffer给eglSurface。而eglDisplay并不代表实际的意义。我们只是从接口上感觉是，surface和display进行了交换。

拓展

Android系统对于window也就是surface的管理是很严格的，因为一片nativewindow申请的内存其实是很大的。1080*1920的一个显示RGBA32 的buffer就在8M左右。当应用在后台时，nativewindow申请的buffer一般都会回收掉。

我们经常发现有的游戏，或者应用的界面，在转到Android系统后台再返回前台时，界面或者游戏内容还在，这是如何做到的呢？

从EGL的角度来看，这个问题就变得很简单。

EglContext代表了OpenGL的状态机，只要eglContext还在就表明OpenGL的管线状态还在保持，只是渲染流程停止了。所以程序在后台时，eglContext还在。

EglSurface代表了渲染目标后端的Buffer, 当应用和游戏进入后台时，当前的EglContext与EglSurface进行了解绑。eglSurface的Buffer将被回收。

当应用或游戏重新进入前台时，新的EglSurface将从NativeWindow中申请出来（新的Buffer），此时只要利用eglMakeCurrent重新把之前的eglContext和新的EglSurface进行绑定就可以了，渲染线程继续运行，界面马上又绘制出来。

将eglDisplay、eglContext、eglSurface解绑的API为：

eglMakeCurrent（display，0,  0，0）

调用后，虽然之前的eglContext还在，但此时调用OpenGL API将不起作用。