Android图形显示系统——下层显示4：图层合成下（硬件合成器）

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转自：http://blog.youkuaiyun.com/jxt1234and2010/article/details/46407383

硬件合成器-HwComposer

使用3D合成，需要大面积的像素混合计算和大量的内存传输（GPU读写GraphicBuffer所需），对GPU和DDR来说是一个巨大的负担。在GPU/DDR重度使用的场景（比如玩游戏），会造成发热、卡顿等。
为了提升性能，减少功耗，可以将合成这个过程交由另一个芯片完成，减轻GPU负担。进一步，直接让这个芯片连LCD，在LCD需要显示某一行时在线合成。
HwComposer便是这一个/多个专用合成芯片的驱动HAL层。
驱动由集成芯片系统的厂商自行设计，但需要遵循一定的标准，这个标准就是Android规定的HwComposer接口。

接口定义

hwcomposer的接口定义位于此文件：
hardware/libhardware/include/hardware/hwcomposer.h
其中部分宏定义在：
hardware/libhardware/include/hardware/hwcomposer_defs.h

Layer

在SurfaceFlinger中，Layer对应于window表示一个Buffer循环体系，对HwComposer而言，Layer仅指代当前Buffer，也即SurfaceFlinger中的Layer的当前帧。

typedef struct hwc_layer_1 {
    int32_t compositionType;//合成类型，SurfaceFlinger将合成目标Framebuffer的合成类型设为HWC_FRAMEBUFFER_TARGET，其他hwcomposer在prepare时根据实际情况修改
    /*
     * HWC_FRAMEBUFFER_TARGET：该Layer是3D合成的目标Layer
     * HWC_FRAMEBUFFER：hwcomposer无法处理此Layer，该Layer需要走3D合成流程，用OpenGL绘制
     * HWC_OVERLAY：该Layer为硬件合成器所处理，不需要OpenGLES去渲染
     * HWC_SIDEBAND：该Layer为视频的边频带，需要硬件合成器作特殊处理，若不支持，OpenGL方式只能以一个色块替代，这个标志是外界（应用/驱动）调用窗口系统的perform方法配置的
     * HWC_CURSOR_OVERLAY：该Layer可通过setCursorPositionAsync 方法改变坐标
     */

    uint32_t hints;//hwcomposer设置，通知SurfaceFlinger需要修改的配置
    /*
    HWC_HINT_TRIPLE_BUFFER  = 0x00000001：表示需要SurfaceFlinger将此Layer改成3Buffer循环
    HWC_HINT_CLEAR_FB       = 0x00000002：要求SurfaceFlinger清空该Layer位置的FrameBuffer数据（即置0）
    */

    uint32_t flags;//SurfaceFlinger设置，hwcomposer作处理
    /*
    HWC_SKIP_LAYER = 0x00000001：此Layer不参与合成，应当忽略
    HWC_IS_CURSOR_LAYER = 0x00000002：此Layer建议设定为一个CURSOR_LAYER，hwcomposer能处理的话将其合成类型改为HWC_CURSOR_OVERLAY
    */

    /*该Layer的颜色/Buffer信息*/
    union {
        hwc_color_t backgroundColor;//背景颜色，适用于纯色Layer，hwc_color_t 为一个 argb 结构体

        struct {
            union {
                buffer_handle_t handle;//此即之间提到的GraphicBuffer
                const native_handle_t* sidebandStream;//HWC_SIDEBAND类型Layer的buffer
            };

            uint32_t transform;//该Layer所需要作的变换，具体为：
            /*
        HWC_TRANSFORM_FLIP_H = HAL_TRANSFORM_FLIP_H//水平翻转
        HWC_TRANSFORM_FLIP_V = HAL_TRANSFORM_FLIP_V//垂直翻转
        HWC_TRANSFORM_ROT_90 = HAL_TRANSFORM_ROT_90,//需要旋转90度
        HWC_TRANSFORM_ROT_180 = HAL_TRANSFORM_ROT_180,//需要旋转180度
        HWC_TRANSFORM_ROT_270 = HAL_TRANSFORM_ROT_270,//需要旋转270度
            */

            int32_t blending;//当前Layer绘制时，和底色/目标色的混合方式
            //HWC_BLENDING_NONE = 0x100：不混合，直接覆盖
            //HWC_BLENDING_PREMULT = 0x105：该Layer的颜色已经做过alpha预乘，因此混合方式为 src + (1-src.a)*dst
            //HWC_BLENDING_COVERAGE = 0x405：该Layer的颜色未做过预乘，按 src.a * src + (1-src.a) * dst 的方式混合

            union {
                // crop rectangle in integer (pre HWC_DEVICE_API_VERSION_1_3)
                hwc_rect_t sourceCropi;
                hwc_rect_t sourceCrop; // just for source compatibility
                // crop rectangle in floats (as of HWC_DEVICE_API_VERSION_1_3)
                hwc_frect_t sourceCropf;
            };//该Layer取哪一个区域进行合成

            hwc_rect_t displayFrame;//该Layer合成的目标区域

            hwc_region_t visibleRegionScreen;//该Layer的可见区域，该区域必然是displayFrame的子集。这个区域由SurfaceFlinger计算而得，用于提示hwcomposer不去合成该Layer的不可见区域，hwcomposer中应当以这个为基准，对应计算该Layer相应的sourcecrop。

            int acquireFenceFd;//由Buffer生产者创建，SurfaceFlinger传递进来，hwcomposer在使用该Layer的Buffer之前，需要等这个fence
            int releaseFenceFd;//由hwcomposer创建，生产者在使用该Buffer之前需要等此fence

            uint8_t planeAlpha;//整个Layer的alpha值，在取Layer的像素作运算之前，需要先乘 planeAlpha/255。

            /* Pad to 32 bits */
            uint8_t _pad[3];//用于结构体对齐，占位用

            hwc_region_t surfaceDamage;//记录相对上一次合成而言，发生了改变的source区域
        };
    };

//保留位，用于驱动层自行设计
#ifdef __LP64__
    uint8_t reserved[120 - 112];
#else
    uint8_t reserved[96 - 84];
#endif

} hwc_layer_1_t;
 
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这里面最难理解和最易出错的是 SourceCrop、DisplayFrame和VisibleRegion，在处理SOC上的显示问题时，这往往是首先考虑的因素：
source_displayframe
如图所示，该Layer的显示区域部分被L2完全挡住，source crop 为该Layer参与合成的范围，display frame 为该Layer合成的目标区域，visibleRegion为该Layer被挡住后，剩余的可见区域集。

看完了这个结构体，上一篇
http://blog.youkuaiyun.com/jxt1234and2010/article/details/46057267
所提到的adb shell dumpsys SurfaceFlinger 所得到的表格，各参数表示什么意思自然一下就清楚了。

Display

typedef struct hwc_display_contents_1 {
    /* hwcomposer设置，surfaceflinger去等的fence。对于物理屏(实际上是使用在线合成方式的物理屏），对于虚拟屏/离线合成，此fence在离线合成的目标buffer完成全部写入后解除。
     */
    int retireFenceFd;

    union {
        struct {
            /* HWC_DEVICE_VERSION_1_0 使用，dpy和sur对应于EGLDisplay 和 EGLSurface
             */
            hwc_display_t dpy;
            hwc_surface_t sur;
        };//HWC_DEVICE_VERSION_1_0

        struct {
            /*HWC_DEVICE_VERSION_1_3 之后支持 hwcomposer合成多屏，这里是指虚拟屏的输出buffer和对应的fence*/
            buffer_handle_t outbuf;
            int outbufAcquireFenceFd;
        };
    };

    /*合成该显示屏的所有Layer*/
    uint32_t flags;
    size_t numHwLayers;
    hwc_layer_1_t hwLayers[0];

} hwc_display_contents_1_t;
 
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关于物理显示屏(physical display)和虚拟显示屏(virtual display)

物理显示屏表示连接实际的显示仪器如LCD，目的是产生显示效果，可以使用在线合成。
虚拟显示屏表示目的是合成一个Buffer，不需要理会这个Buffer后续如何产生显示效果，这时需要把所有图层合成到指定的Buffer上。这种情况下必须离线合成。典型场景是手机连WFD/hdmi，手机合成好的Buffer通过wifi/hdmi传输到电视上显示。

Device

最后是device的函数指针定义

typedef struct hwc_composer_device_1 {
    struct hw_device_t common;
    //这种方式相当于C语言的继承实现，理解为 hwc_composer_device_1 继承于 hw_device_t 就可以了。
    //hw_device_t 包含一个基本信息 version（版本号），下面会提到

    /*对所有显示屏中所有Layer作合成准备（此时也可以开始发送合成的命令码下去，启动硬件合成，但不需要等待完成），hwcomposer需要正确汇报每个Layer的composetype，以告知SurfaceFlinger是否需要额外处理。
    version 为 1.0 的驱动，只支持一个显示屏
    version 为 1.1 的驱动，只支持物理显示屏
    version 为 1.3 及以上的驱动，支持物理和虚拟显示屏*/
    int (*prepare)(struct hwc_composer_device_1 *dev,
                    size_t numDisplays, hwc_display_contents_1_t** displays);

    /*此方法将完成各个图层的合成与显示，等效于EGL标准里面的eglSwapBuffers，不过eglSwapBuffers是对OpenGL标准/GPU有效，此方法是对硬件合成器有效*/
    int (*set)(struct hwc_composer_device_1 *dev,
                size_t numDisplays, hwc_display_contents_1_t** displays);

    /*这个接口一般只用于开启hwcomposer的vsync，在线合成触发vsync的机制较离线合成的设计会麻烦一些*/
    int (*eventControl)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp,
            int event, int enabled);

    //控制屏幕状态的方法
    union {
        /* HWC 1.3及之前版本，采用 blank 方式，开关某个显示屏 */
        int (*blank)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp, int blank);

        /* HWC 1.4及之后，提供更精细的 setPowerMode ，支持显示屏以较低功耗（但不关）的状态显示*/
        int (*setPowerMode)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp,
                int mode);
    };

    /*查询Hwcomposer的信息*/
    int (*query)(struct hwc_composer_device_1* dev, int what, int* value);

    /*注册
    *invalidate：屏幕刷新时触发
    *vsync：hwcomopser中的vsync事件产生时触发
    *hotplug：显示屏连接/断开时触发
    * 三个回调函数*/
    void (*registerProcs)(struct hwc_composer_device_1* dev,
            hwc_procs_t const* procs);

    /*打印信息，调试用*/
    void (*dump)(struct hwc_composer_device_1* dev, char *buff, int buff_len);

    /*获取显示屏配置、属性*/
    int (*getDisplayConfigs)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp,
            uint32_t* configs, size_t* numConfigs);
    int (*getDisplayAttributes)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp,
            uint32_t config, const uint32_t* attributes, int32_t* values);
    int (*getActiveConfig)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp);
    /*配置属性，index表示有效属性的编号*/
    int (*setActiveConfig)(struct hwc_composer_device_1* dev, int disp,
            int index);

    /*更改游标层的坐标*/
    int (*setCursorPositionAsync)(struct hwc_composer_device_1 *dev, int disp, int x_pos, int y_pos);

    /*自行添加的保留函数*/
    void* reserved_proc[1];

} hwc_composer_device_1_t;