Android display架构分析二-SW架构分析

下面简单介绍一下上图中的各个Layer：

*蓝色部分－用户空间应用程序

应用程序层，其中包括Android应用程序以及框架和系统运行库，和底层相关的是系统运行库，而其中和显示相关的就是Android的Surface Manager, 它负责对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提 供了2D和3D图层的无缝融合。

*黑色部分－HAL层，在2.2.1部分会有介绍

*红色部分－Linux kernel层

Linux kernel，其中和显示部分相关的就是Linux的FrameBuffer，它是Linux系统中的显示部分驱动程序接口。Linux工作在保护模式 下，User空间的应用程序无法直接调用显卡的驱动程序来直接画屏，FrameBuffer机制模仿显卡的功能，将显卡硬件结构抽象掉，可以通过 Framebuffer的读写直接对显存进行操作。用户可以将Framebuffer看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以直接 进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由 Framebuffer设备驱动来完成的。

*绿色部分－HW驱动层

该部分可以看作高通显卡的驱动程序，和高通显示部分硬件相关以及外围LCD相关的驱动都被定义在这边，比如上述的显卡的一些特性都是在这边被初始化的，同样MDP和MDDI相关的驱动也都定义在这里

User Space Display功能介绍

这里的User Space就是与应用程序相关的上层部分（参考上图中的蓝色部分），其中与Kernel空间交互的部分称之为HAL－HW Abstraction Layer。

HAL其实就是用户空间的驱动程序。如果想要将 Android 在某硬件平台上执行，基本上完成这些驱动程序就行了。其内定义了 Android 对各硬件装置例如显示芯片、声音、数字相机、GPS、GSM 等等的需求。

HAL存在的几个原因：

1、 并不是所有的硬件设备都有标准的linux kernel的接口。

2、 Kernel driver涉及到GPL的版权。某些设备制造商并不原因公开硬件驱动，所以才去HAL方式绕过GPL。

3、 针对某些硬件，Android有一些特殊的需求。

在display部分，HAL的实现code在copybit.c中，应用程序直接操作这些接口即可，具体的接口如下

    struct copybit_context_t *ctx = malloc(sizeof(struct copybit_context_t));

    memset(ctx, 0, sizeof(*ctx));

    ctx->device.common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;

    ctx->device.common.version = 0;

    ctx->device.common.module = module;

    ctx->device.common.close = close_copybit;

    ctx->device.set_parameter = set_parameter_copybit;//设置参数

    ctx->device.get = get;

    ctx->device.blit = blit_copybit;//传送显示数据

    ctx->device.stretch = stretch_copybit;

    ctx->mAlpha = MDP_ALPHA_NOP;

    ctx->mFlags = 0;

    ctx->mFD = open("/dev/graphics/fb0", O_RDWR, 0);//打开设备

Kernel Space Display功能介绍

这里的Kernel空间（与Display相关）是Linux平台下的FB设备（参考上图中的红色部分）。下面介绍一下FB设备。

Fb即FrameBuffer的简称。framebuffer 是一种能够提取图形的硬件设备，是用户进入图形界面很好的接口。有了framebuffer，用户的应用程序不需要对底层驱动有深入了解就能够做出很好的 图形。对于用户而言，它和/dev 下面的其他设备没有什么区别，用户可以把

framebuffer 看成一块内存，既可以向这块内存中写入数据，也可以从这块内存中读取数据。它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象 的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。

从用户的角度看，帧缓冲设备和其他位于/dev下面的设备类似，它是一个字符设备，通常主设备号是29，次设备号定义帧缓冲的个数。

在LINUX系统中，设备被当作文件来处理，所有的文件包括设备文件，Linux都提供了统一的操作函数接口。上面的结构体就是Linux为FB设备提供的操作函数接口。

1）、读写（read/write）接口，即读写屏幕缓冲区（应用程序不一定会调用该接口）

2）、映射（map）操作（用户空间不能直接访问显存物理空间，需map成虚拟地址后才可以）

由于Linux工作在保护模式，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此，Linux在文件操作 file_operations结构中提供了mmap函数，可将文件的内容映射到用户空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址 映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。实际上，使用帧缓冲设备的应用程序都是通过映射操 作来显示图形的。由于映射操作都是由内核来完成，下面我们将看到，帧缓冲驱动留给开发人员的工作并不多

3）、I/O控制：对于帧缓冲设备，对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕的参数，如分辨率，显示颜色数，屏幕大小等等。ioctl的操作是由底层的驱动程序来完成

Note：上述部分请参考文件fbmem.c。