《精通Android 5 多媒体开发》——第6章，第6.2节分析硬件抽象层

2022-04-24 08:45:46

本节书摘来自异步社区《精通Android 5 多媒体开发》一书中的第6章，第6.2节分析硬件抽象层，作者王石磊，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

6.2 分析硬件抽象层
精通Android 5 多媒体开发
Overlay系统的硬件抽象层是一个硬件模块。在本节的内容中，将简要介绍Overlay系统的硬件抽象层的基本知识，为后面的知识做好铺垫。

6.2.1　Overlay系统硬件抽象层的接口
在如下文件中定义Overlay系统硬件抽象层的接口。

hardware/qcom/display/liboverlay/overlay.h
在文件overlay.h中，主要定义了data device和control device两个结构。并提供针对data device和control device的函数open()和函数close()。文件overlay.h的代码结构如图6-3所示。

（1）定义Overlay控制设备和Overlay数据设备，它们的名称被定义为如下两个字符串。

#define OVERLAY_HARDWARE_CONTROL　　"control"
#define OVERLAY_HARDWARE_DATA　　　 "data"

（2）定义一个枚举enum，也定义了所有支援的Format，FrameBuffer会根据Format 和width、height来决定Buffer（FrameBuffer里面用来显示的Buffer）的大小。定义enum的代码如下所示。

enum {
　　OVERLAY_FORMAT_RGBA_8888　　= HAL_PIXEL_FORMAT_RGBA_8888,
　　OVERLAY_FORMAT_RGB_565　　　= HAL_PIXEL_FORMAT_RGB_565,
　　OVERLAY_FORMAT_BGRA_8888　　= HAL_PIXEL_FORMAT_BGRA_8888,
　　OVERLAY_FORMAT_YCbCr_422_SP = HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_422_SP,
　　OVERLAY_FORMAT_YCbCr_420_SP = HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_SP,
　　OVERLAY_FORMAT_YCrCb_420_SP = HAL_PIXEL_FORMAT_YCrCb_420_SP,
　　OVERLAY_FORMAT_YCbYCr_422_I = HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_422_I,
　　OVERLAY_FORMAT_YCbYCr_420_I = HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_I,
　　OVERLAY_FORMAT_CbYCrY_422_I = HAL_PIXEL_FORMAT_CbYCrY_422_I,
　　OVERLAY_FORMAT_CbYCrY_420_I = HAL_PIXEL_FORMAT_CbYCrY_420_I,
　　OVERLAY_FORMAT_DEFAULT　　　= 99　　// The actual color format is determined
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 // by the overlay
};

（3）定义和Overlay系统相关的结构体。

在文件overlay.h中和Overlay系统相关的结构体是overlay_t和overlay_handle_t，主要代码如下所示。

typedef struct overlay_t {
　　uint32_t　　　　　　w;　　　　　　　　　　　　//宽
　　uint32_t　　　　　　h;　　　　　　　　　　　　//高
　　int32_t　　　　　　 format;　　　　　　　　　//颜色格式
　　uint32_t　　　　　　w_stride;　　　　　　　　//一行的内容
　　uint32_t　　　　　　h_stride;　　　　　　　　//一列的内容
　　uint32_t　　　　　　reserved[3];
　　/* returns a reference to this overlay's handle (the caller doesn't
　　 * take ownership) */
　　overlay_handle_t　　(*getHandleRef)(struct overlay_t* overlay);
　　uint32_t　　　　　　reserved_procs[7];
} overlay_t;

结构体overlay_handle_t是在内部使用的结构体，用于保存Overlay硬件设备的句柄。在使用的过程中，需要从overlay_t获取overlay_handle_t。其中上一层的使用只实现结构体overlay_handle_t指针的传递，具体的操作是在Overlay的硬件抽象层中完成的。

（4）定义结构体overlay_control_device_t。此结构体定义了一个control device，里面的成员除了common 都是函数，这些函数就是我们需要去实现的，在实现的时候我们会基于这个结构体扩展出一个关于control device的context结构体，context结构体内部会扩充一些信息并且包含control device。common 每一个device都必须有，而且必须放到第一位，目的只是为了overlay_control_ device_t和hw_device_t做匹配。overlay_control_device_t的定义代码如下所示。

struct overlay_control_device_t {
　　struct hw_device_t common;
　　int (*get)(struct overlay_control_device_t *dev, int name);
//建立设备
　　overlay_t* (*createOverlay)(struct overlay_control_device_t *dev,
　　　　　　uint32_t w, uint32_t h, int32_t format);
//释放资源，分配的handle和control device的内存
　　void (*destroyOverlay)(struct overlay_control_device_t *dev,
　　　　　　overlay_t* overlay);
//设置overlay 的显示范围。（如果是camera　的 preview, 那么 h、w　要和preview h、w 一致。）
　　int (*setPosition)(struct overlay_control_device_t *dev,
　　　　　　overlay_t* overlay, 
　　　　　　int x, int y, uint32_t w, uint32_t h);
//获取 overlay　的显示范围
　　int (*getPosition)(struct overlay_control_device_t *dev,
　　　　　　overlay_t* overlay, 
　　　　　　int* x, int* y, uint32_t* w, uint32_t* h);
　　int (*setParameter)(struct overlay_control_device_t *dev,
　　　　　　overlay_t* overlay, int param, int value);
　　int (*stage)(struct overlay_control_device_t *dev, overlay_t* overlay);
　　int (*commit)(struct overlay_control_device_t *dev, overlay_t* overlay);
};

（5）定义结构overlay_data_device_t。此结构和overlay_control_device_t类似。在具体使用上，overlay_control_device_t负责初始化、销毁和控制类的操作，overlay_data_device_t用于显示内存输出的数据操作。结构overlay_data_device_t的定义代码如下所示。

struct overlay_data_device_t {
　　struct hw_device_t common;
//通过参数handle 来初始化 data device
　　int (*initialize)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　overlay_handle_t handle);

//重新配置显示参数 w、h。使这两个参数生效我这里需要 close，然后重新

 open
　　int (*resizeInput)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　uint32_t w, uint32_t h);

//下面两个分别设置显示的区域和获取显示的区域，当播放的时候，需要根据坐标和宽高来定义如何显示这些数据

　　int (*setCrop)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　uint32_t x, uint32_t y, uint32_t w, uint32_t h) ;
　　int (*getCrop)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　 uint32_t* x, uint32_t* y, uint32_t* w, uint32_t* h) ;
　　int (*setParameter)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　int param, int value);
　　int (*dequeueBuffer)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　　　 overlay_buffer_t *buf);
　　int (*queueBuffer)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　overlay_buffer_t buffer);
　　void* (*getBufferAddress)(struct overlay_data_device_t *dev,
　　　　　　overlay_buffer_t buffer);
　　int (*getBufferCount)(struct overlay_data_device_t *dev);
　　int (*setFd)(struct overlay_data_device_t *dev, int fd);
};

6.2.2　实现Overlay系统的硬件抽象层
在实现Overlay系统的硬件抽象层时，具体实现方法取决于硬件和驱动程序，根据设备需要进行处理。具体来说分为如下两种情况。

（1）FrameBuffer驱动程序方式。

在此方式下，需要先实现函数getBufferAddress()，再返回通过mmap获得FrameBuffer的指针即可。如果没有双缓冲的问题，不需要真正实现函数dequeueBuffer()和queueBuffer()。上述函数的实现文件是overlay.cpp，此文件被保存在如下目录中。

Hardware/qcom/display/liboverlay/overlay.cpp
函数getBufferAddress()用于返回FrameBuffer内部显示的内存，通过mmap 获取内存地址。函数的实现代码如下所示。

void* Overlay::getBufferAddress(overlay_buffer_t buffer)
{
　　if (mStatus != NO_ERROR) return NULL;
　　return mOverlayData->getBufferAddress(mOverlayData, buffer);
}
函数dequeueBuffer()和queueBuffer()的实现代码如下所示。

status_t Overlay::dequeueBuffer(overlay_buffer_t* buffer)
{
　　if (mStatus != NO_ERROR) return mStatus;
　　return　mOverlayData->dequeueBuffer(mOverlayData, buffer);
}
status_t Overlay::queueBuffer(overlay_buffer_t buffer)
{
　　if (mStatus != NO_ERROR) return mStatus;
　　return mOverlayData->queueBuffer(mOverlayData, buffer);
}
（2）Video for Linux 2方式。

如果使用Video for Linux 2的输出驱动，函数dequeueBuffer()和queueBuffer()和调用驱动时主要ioctl是一致的，即分别调用VIDIOC_QBUF和VIDIOC_DQBUF即可直接实现。至于其他的初始化工作，可以在initialize中进行处理。因为存在视频数据队列，所以此处处理的内容比一般的帧缓冲区要复杂，但是可以实现更高的性能。

由此可见，在某一个硬件系统中，Overlay的硬件层和Overlay系统的调用者都是特定实现的，所以只需匹配上下层代码即可实现，并不要一一满足每一个要求，各个接口可以根据具体情况来灵活使用。

6.2.3　实现接口
在Android系统中，Overlay系统提供了接口overlay，此接口用于叠加在主显示层上面的另外一个显示层。此叠加的显示层经常用作视频的输出或相机取景器的预览界面。文件Overlay.h的主要内部实现类是Overlay和OverlayRef。OverlayRef需要和Surface配合使用，通过 Isurface 可以创建出OverlayRef。RefBase的主要代码如下所示。

class Overlay : public virtual RefBase
{
public:
　　Overlay(const sp<OverlayRef>& overlayRef);
　　void destroy();
　　//获取overlay handle，可以根据自己的需要扩展，扩展之后就有很多数据了
　　overlay_handle_t getHandleRef() const;
　　//获取framebuffer　用于显示的内存地址
　　status_t dequeueBuffer(overlay_buffer_t* buffer);
　　status_t queueBuffer(overlay_buffer_t buffer);
　　status_t resizeInput(uint32_t width, uint32_t height);
　　status_t setCrop(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t w, uint32_t h) ;
　　status_t getCrop(uint32_t* x, uint32_t* y, uint32_t* w, uint32_t* h) ;
　　status_t setParameter(int param, int value);
　　void* getBufferAddress(overlay_buffer_t buffer);

　　/*获取属性的信息*/
　　uint32_t getWidth() const;
　　uint32_t getHeight() const;
　　int32_t getFormat() const;
　　int32_t getWidthStride() const;
　　int32_t getHeightStride() const;
　　int32_t getBufferCount() const;
　　status_t getStatus() const;

private:
　　virtual ~Overlay();

　　sp<OverlayRef> mOverlayRef;
　　overlay_data_device_t *mOverlayData;
　　status_t mStatus;
};

Overlay(const sp& overlayRef);
在上述代码中，通过surface来控制Overlay，也可以在不使用Overlay的情况下统一进行管理。此处是通过overlayRef来创建Overlay，一旦获取了Overlay就可以通过这个Overlay 来获取用来显示的Address地址，向Address中写入数据后就可以显示图像了。

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