Android GUI系统之SurfaceFlinger（11）理解HWComposer

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本章关键点总结 & 说明：

本章节思维导图如上。主要从7个方面讲述了HWC的概念，这里 主要关注 HWC的流程、功能、效率。

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1 HWC概述

HWC（hwcomposer）是Android中进行窗口（Layer）合成和显示的HAL层模块（注意：不是SurfaceFlinger代码中HWcomposer这个类），通常由显示设备制造商 (OEM)实现并完成，为SurfaceFlinger服务提供硬件支持。

2 为什么使用HWC

SurfaceFlinger可以使用OpenGL ES合成Layer，这需要占用并消耗GPU资源。大多数GPU都没有针对图层合成进行优化，因此当SurfaceFlinger通过GPU合成图层时，应用程序无法使用GPU进行自己的渲染。而HWC通过硬件设备进行图层合成，可以减轻GPU的合成压力。

Hwcomposer HAL是从Honeycomb(3.0)引入，取代2.3的Overlay实现方式(但不是必须的)，以降低代码实现及维护难度。它的实现版本经历了1.0到1.3的演变，在Jellybean MR1(4.2)实现的1.1版本，引入了硬件组合抽象层(HWComposer)的概念，向上对SurfaceFlinger完全隐藏了平台显示硬件特性，这样设计的好处是可以充分发挥硬件性能，同时降低SurfaceFlinger和硬件平台的耦合度(方便移植)。

3 Overlay技术简介

因为HWComposer机制最开的目的是为了替代Overlay的，所以我们这里简单介绍下 Overlay技术：Overlay（覆盖）是一种数字视频的显示技术，它允许数字信号不经过显示芯片处理，而直接通过显存输出到显示器屏幕上。Overlay显示模式最大的用途在于优化视频播放。由于不同的视频有不同基准色调、亮度、对比度和饱和度，对于不同的电脑、不同的视频文件，为了获得最好的显示效果就需要对各种显示属性进行调节，普通显示模式显然无法胜任，所以就用到了Overlay显示模式进行单独调节。Overlay显示模式具有速度快、画质好、占用系统资源少等特点，很适合于视频播放。

4 HWC流程

显示设备的能力千差万别，很难直接用API表示硬件设备支持合成的Layer数量，Layer是否可以进行旋转和混合模式操作，以及对图层定位和硬件合成的限制等。因此HWC描述上述信息的流程是这样的：

1. SurfaceFlinger向HWC提供所有Layer的完整列表，让HWC根据其硬件能力，决定如何处理这些Layer。
2. HWC会为每个Layer标注合成方式，表明是通过GPU还是通过HWC合成。
3. SurfaceFlinger负责先把所有注明GPU合成的Layer合成到一个输出Buffer，然后把这个输出Buffer和其他Layer（注明HWC合成的Layer）一起交给HWC，让HWC完成剩余Layer的合成和显示。

5 HWC具备功能

虽然每个显示设备的能力不同，但是官方要求每个HWC硬件模块都应该支持以下能力：

1. 至少支持4个叠加层：状态栏、系统栏、应用本身和壁纸或者背景。
2. 叠加层可以大于显示屏，例如：壁纸
3. 同时支持预乘每像素（per-pixel）Alpha混合和每平面（per-plane）Alpha混合。
4. 为了支持受保护的内容，必须提供受保护视频播放的硬件路径。
5. RGBA packing order, YUV formats, and tiling, swizzling, and stride properties

部分专业词汇说明：

1. Tiling：可以把Image切割成MxN个小块，最后渲染时，再将这些小块拼接起来，就像铺瓷砖一样。
2. Swizzling：一种拌和技术，表示向量单元可以被任意地重排或重复。

6 HWC效率

并非所有情况下HWC都比GPU更高效，例如：当屏幕上没有任何变化时，尤其是叠加层有透明像素并且需要进行图层透明像素混合时。在这种情况下，HWC可以要求部分或者全部叠加层都进行GPU合成，然后HWC持有合成的结果Buffer，如果SurfaceFlinger 要求合成相同的叠加图层列表，HWC可以直接显示之前合成的结果Buffer，这有助于提高待机设备的电池寿命。

7 Android系统合成Surface的方式选择

目前SurfaceFlinger中支持两种合成方式，一种是Device合成，一种是Client合成。SurfaceFlinger 在收集可见层的所有缓冲区之后，便会询问 Hardware Composer 应如何进行合成。

7.1 Client合成
Client合成方式是相对与硬件合成来说的，其合成方式是，将各个Layer的内容用GPU渲染到暂存缓冲区中，最后将暂存缓冲区传送到显示硬件。这个暂存缓冲区，我们称为FBTarget，每个Display设备有各自的FBTarget。Client合成，之前称为GLES合成，我们也可以称之为GPU合成。Client合成，采用RenderEngine进行合成。

7.2 Device合成
就是用专门的硬件合成器进行合成HWComposer，所以硬件合成的能力就取决于硬件的实现。其合成方式是将各个Layer的数据全部传给显示硬件，并告知它从不同的缓冲区读取屏幕不同部分的数据。HWComposer是Devicehec的抽象。