Android图形显示系统——下层显示2：图形内存的申请与显示

2021-08-20 13:41:06

图形内存的申请与显示

这一篇回答序言中的第一个问题：
如何申请可以用来送显的内存，如何将其送往LCD？

要点

  1. 图形内存是进程共享内存，且根据其标志支持不同硬件设备的读与写。
  2. buffer_handle_t 是 *private_handle_t，gralloc模块自定义private_handle_t类型，并实现图形内存的实际申请。
  3. GraphicBuffer跨进程共享的流程是用binder传输必要信息到另一进程，另一进程调用gralloc模块的registerBuffer方法映射其到自己的内存空间。
  4. GraphicBuffer与SurfaceFlinger 没有 直接关系，图形内存不仅仅是提供给窗口系统用的，也不是非得在SurfaceFlinger进程里申请。
  5. 调用 gralloc 模块的 post 函数指针，并在HAL层发送 FBIOPAN_DISPLAY 指令，是将图形内存送显的一个路径，但不是惟一。

GraphicBuffer

图形内存是用来渲染和显示的，它需要被跨进程共享，并支持不同硬件（GPU、DSP等）使用。
Android中的图形内存包裹类为GraphicBuffer。
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GraphicBuffer继承于ANativeWindowBuffer。
ANativeWindowBuffer包含w,h,stride和handle属性，其中handle对应一个private_handle_t的指针。
GraphicBuffer额外包括 mBufferMapper（映射器，为单例），mId（每块GraphicBuffer的独立id，根据进程号与申请顺序编号），mInitCheck（表示申请状态，用来检查是否实际申请到了内存）。

GraphicBuffer申请流程

申请释放图形内存的流程如下：
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GraphicBuffer共享流程

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尽管已经将GraphicBuffer映射到了自己的进程空间，在进一步使用时，流程上需要在使用前lock，使用完后unlock，这两个步骤一般用来作cache同步（根据共享内存策略，如果是缓存式，CPU/GPU会先把数据写到缓存，达到一定量才同步到GraphicBuffer中，unlock时可以强制把缓存同步一次）。

标志flags介绍

在 GraphicBuffer申请及lock的参数里，有个flags属性值，gralloc模块根据这个值，去判断从什么地方申请内存，按什么方式组织内存，我们来看一下：

USAGE_SW_READ_NEVER   = GRALLOC_USAGE_SW_READ_NEVER,
USAGE_SW_READ_RARELY  = GRALLOC_USAGE_SW_READ_RARELY,
USAGE_SW_READ_OFTEN   = GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN,
USAGE_SW_READ_MASK    = GRALLOC_USAGE_SW_READ_MASK,
USAGE_SW_WRITE_NEVER  = GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_NEVER,
USAGE_SW_WRITE_RARELY = GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_RARELY,
USAGE_SW_WRITE_OFTEN  = GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN,
USAGE_SW_WRITE_MASK   = GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_MASK,
USAGE_SOFTWARE_MASK   = USAGE_SW_READ_MASK|USAGE_SW_WRITE_MASK,
USAGE_PROTECTED       = GRALLOC_USAGE_PROTECTED,
USAGE_HW_TEXTURE      = GRALLOC_USAGE_HW_TEXTURE,
USAGE_HW_RENDER       = GRALLOC_USAGE_HW_RENDER,
USAGE_HW_2D           = GRALLOC_USAGE_HW_2D,
USAGE_HW_COMPOSER     = GRALLOC_USAGE_HW_COMPOSER,
USAGE_HW_VIDEO_ENCODER= GRALLOC_USAGE_HW_VIDEO_ENCODER,
USAGE_HW_MASK         = GRALLOC_USAGE_HW_MASK,
USAGE_CURSOR          = GRALLOC_USAGE_CURSOR,

GRALLOC_USAGE_SW_READ_NEVER，GRALLOC_USAGE_SW_READ_RARELY，GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN
分别表示CPU不需要/很少会/经常会读这块GraphicBuffer，对于READ_OFTEN经常读的情况，gralloc模块应该考虑建读缓存了。
CPU写的三个标志类似。
当发觉GraphicBuffer操作起来速度慢时，就得看一下，是不是忘了配CPU的读写标志了。

GRALLOC_USAGE_HW_TEXTURE
GRALLOC_USAGE_HW_RENDER
这两个标志分别表示需要GPU读与写，TEXTURE表示可以映射为一个OpenGL的纹理，RENDER表示可以作为OpenGL的渲染目标。
一般来说，gralloc分配的内存都是gpu可读写的，也不需要加这两个标志。

GRALLOC_USAGE_HW_COMPOSER
这个表示这个GraphicBuffer可以由硬件合成器直接合成。

GRALLOC_USAGE_HW_VIDEO_ENCODER
这个表示这个GraphicBuffer可以作为Video硬解码（一般是DSP）的输入输出对象。

Gralloc

gralloc模块需要实现如下三个设备及函数指针。

内存分配

typedef struct alloc_device_t {  
    struct hw_device_t common;
    int (*alloc)(struct alloc_device_t* dev,  
            int w, int h, int format, int usage,  
            buffer_handle_t* handle, int* stride);  

    int (*free)(struct alloc_device_t* dev,  
            buffer_handle_t handle);  
} alloc_device_t;

内存共享

typedef struct gralloc_module_t {  
    ......  

    int (*registerBuffer)(struct gralloc_module_t const* module,  
            buffer_handle_t handle);  

    int (*unregisterBuffer)(struct gralloc_module_t const* module,  
            buffer_handle_t handle);  


    int (*lock)(struct gralloc_module_t const* module,  
            buffer_handle_t handle, int usage,  
            int l, int t, int w, int h,  
            void** vaddr);  

    int (*unlock)(struct gralloc_module_t const* module,  
            buffer_handle_t handle);  
    ......  
}

显示

typedef struct framebuffer_device_t {  
    struct hw_device_t common;  
    ......
    int (*setSwapInterval)(struct framebuffer_device_t* window, int interval);//设置刷新频率
    int (*setUpdateRect)(struct framebuffer_device_t* window,int left, int top, int width, int height);//设置更新区域，对于带缓存的LCD屏，可以在只传发生了变化的区域过去，此即局部刷新。
    int (*post)(struct framebuffer_device_t* dev, buffer_handle_t buffer);//送显
    ......
} framebuffer_device_t;

关于gralloc模块如何注册如何打开，可看老罗的博客：
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/7747932
这里面需要校正的是 hardware/libhardware/modules/gralloc下面的代码编译出来的是gralloc.default.so，即Android系统默认提供的。一般来说厂商不会用这个so。
如下是Arm为Mali系列gpu提供的开源gralloc代码的链接，相对而言更有参考意义。
http://malideveloper.arm.com/cn/develop-for-mali/drivers/open-source-mali-gpus-android-gralloc-module/
Arm提供的代码里面包括自家的ump方案和标准的ion方案，一般而言，在Android4.2之后，普遍用的都是ion方案，ion内存共享方案可参考此博客的文章。
http://blog.csdn.net/qq160816/article/details/38082579
http://blog.csdn.net/qq160816/article/details/38299251

我们只看一下这份代码里面送显的部分：


static int fb_post(struct framebuffer_device_t* dev, buffer_handle_t buffer)
{
    if (private_handle_t::validate(buffer) < 0)
    {
        return -EINVAL;
    }

    private_handle_t const* hnd = reinterpret_cast<private_handle_t const*>(buffer);
    private_module_t* m = reinterpret_cast<private_module_t*>(dev->common.module);

    if (m->currentBuffer)
    {
        m->base.unlock(&m->base, m->currentBuffer);
        m->currentBuffer = 0;
    }

    if (hnd->flags & private_handle_t::PRIV_FLAGS_FRAMEBUFFER)
    {
        m->base.lock(&m->base, buffer, private_module_t::PRIV_USAGE_LOCKED_FOR_POST, 
                0, 0, m->info.xres, m->info.yres, NULL);

        const size_t offset = hnd->base - m->framebuffer->base;
        int interrupt;
        m->info.activate = FB_ACTIVATE_VBL;
        m->info.yoffset = offset / m->finfo.line_length;

#ifdef STANDARD_LINUX_SCREEN
#define FBIO_WAITFORVSYNC       _IOW('F', 0x20, __u32)
#define S3CFB_SET_VSYNC_INT _IOW('F', 206, unsigned int)
        if (ioctl(m->framebuffer->fd, FBIOPAN_DISPLAY, &m->info) == -1) 
        {
            AERR( "FBIOPAN_DISPLAY failed for fd: %d", m->framebuffer->fd );
            m->base.unlock(&m->base, buffer); 
            return 0;
        }

        {
            // enable VSYNC
            interrupt = 1;
            if(ioctl(m->framebuffer->fd, S3CFB_SET_VSYNC_INT, &interrupt) < 0) 
            {
                AERR( "S3CFB_SET_VSYNC_INT enable failed for fd: %d", m->framebuffer->fd );
                return 0;
            }
            // wait for VSYNC
#ifdef MALI_VSYNC_EVENT_REPORT_ENABLE
            gralloc_mali_vsync_report(MALI_VSYNC_EVENT_BEGIN_WAIT);
#endif
            int crtc = 0;
            if(ioctl(m->framebuffer->fd, FBIO_WAITFORVSYNC, &crtc) < 0)
            {
                AERR( "FBIO_WAITFORVSYNC failed for fd: %d", m->framebuffer->fd );
#ifdef MALI_VSYNC_EVENT_REPORT_ENABLE
                gralloc_mali_vsync_report(MALI_VSYNC_EVENT_END_WAIT);
#endif
                return 0;
            }
#ifdef MALI_VSYNC_EVENT_REPORT_ENABLE
            gralloc_mali_vsync_report(MALI_VSYNC_EVENT_END_WAIT);
#endif
            // disable VSYNC
            interrupt = 0;
            if(ioctl(m->framebuffer->fd, S3CFB_SET_VSYNC_INT, &interrupt) < 0) 
            {
                AERR( "S3CFB_SET_VSYNC_INT disable failed for fd: %d", m->framebuffer->fd );
                return 0;
            }
        }
#else 
        /*Standard Android way*/
#ifdef MALI_VSYNC_EVENT_REPORT_ENABLE
        gralloc_mali_vsync_report(MALI_VSYNC_EVENT_BEGIN_WAIT);
#endif
        if (ioctl(m->framebuffer->fd, FBIOPUT_VSCREENINFO, &m->info) == -1) 
        {
            AERR( "FBIOPUT_VSCREENINFO failed for fd: %d", m->framebuffer->fd );
#ifdef MALI_VSYNC_EVENT_REPORT_ENABLE
            gralloc_mali_vsync_report(MALI_VSYNC_EVENT_END_WAIT);
#endif
            m->base.unlock(&m->base, buffer); 
            return -errno;
        }
#ifdef MALI_VSYNC_EVENT_REPORT_ENABLE
        gralloc_mali_vsync_report(MALI_VSYNC_EVENT_END_WAIT);
#endif
#endif

        m->currentBuffer = buffer;
    } 
    else
    {
        void* fb_vaddr;
        void* buffer_vaddr;

        m->base.lock(&m->base, m->framebuffer, GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_RARELY, 
                0, 0, m->info.xres, m->info.yres, &fb_vaddr);

        m->base.lock(&m->base, buffer, GRALLOC_USAGE_SW_READ_RARELY, 
                0, 0, m->info.xres, m->info.yres, &buffer_vaddr);

        memcpy(fb_vaddr, buffer_vaddr, m->finfo.line_length * m->info.yres);

        m->base.unlock(&m->base, buffer); 
        m->base.unlock(&m->base, m->framebuffer); 
    }

    return 0;
}

送显的核心代码是这一句：

        if (ioctl(m->framebuffer->fd, FBIOPAN_DISPLAY, &m->info) == -1)

再往下看得跟厂商的内核代码了，这里没代码略过。关于LCD显示原理看老罗那篇就好了。
调用gralloc模块的post函数不是惟一一种将图形内存送到LCD显示的方法，另一种方式是Overlay（hwcomposer的硬件合成）。

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