Android hwcomposer服务启动流程

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本文详细解释了Android系统中hwcomposer服务的启动过程，涉及binder远程调用、HAL模块加载、loadModule()和createHalWithAdapter()流程，以及hw_module_t和hw_device_t的区别。还介绍了如何通过动态库和接口映射表实现不同模块间的交互。

Android hwcomposer服务启动流程

  客户端          binder远程调用      服务端
surfaceflinger     --binder-->     hwcomposer

在这里插入图片描述

.hal文件编译时生成支持binder进程间远程调用通信的cpp文件
在out/soong/.intermediates/hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/
目录下找到对应的.h和.cpp文件

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

registerAsService()函数就是.hal编译成cpp文件时自动生成的方法，
用于注册成为服务
在out/soong/.intermediates/hardware/interfaces/graphics/composer/2.1
搜索registerAsService()能看到它的实现。

在这里插入图片描述

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<think>我们正在讨论Android系统的显示服务框架。根据用户的问题，我们需要详细解释Android显示服务框架。参考已有的引用内容：引用[3]提到了Surface的概念，它是生产者与消费者交换缓冲区的接口，所有渲染的内容最终都呈现在Surface上。Surface代表了缓冲区队列的生产者端，通常由SurfaceFlinger消费。Android平台上的每个窗口都由一个Surface支持。另外，引用[3]还提到了一张图形架构图，分为高层组件（High-levelcomponents）和底层组件（Low-levelcomponents）。高层组件是编写安卓程序时使用的具体类，而底层组件是框架层中的图形显示实现。虽然其他引用（如[1]关于MVVM，[2]关于系统框架图，[4]关于IMS）与显示服务框架关系不大，但我们可以主要依据引用[3]来构建回答。显示服务框架是Android系统中负责图形显示的核心部分，主要包括以下几个关键组件：1.**Surface**：代表一个绘图表面，每个窗口（Window）对应一个Surface。应用程序通过Surface进行绘制，然后由系统合成并显示。2.**SurfaceFlinger**：系统服务，负责将各个Surface的内容合成（compose）并输出到显示设备（如屏幕）。3.**BufferQueue**：连接生产者和消费者的缓冲区队列。生产者（如应用程序）将图形数据放入队列，消费者（如SurfaceFlinger）从队列中取出数据进行合成。4.**硬件抽象层（HAL）**：如Gralloc和HWComposer，用于与硬件交互，分配图形缓冲区和硬件合成。整个流程大致如下：-应用程序通过Canvas、OpenGLES、Vulkan等API在Surface上绘制内容。-绘制完成后，应用程序将缓冲区（包含绘制内容）放入BufferQueue。-SurfaceFlinger作为消费者，从各个Surface的BufferQueue中获取缓冲区，然后根据当前窗口的层级关系（Z-order）、位置、透明度等属性进行合成。-合成后的帧通过HWComposer（硬件合成器）或GPU（如果硬件合成器不支持）合成，然后输出到显示设备。此外，Android显示系统还涉及以下重要概念：-**VSync（垂直同步）**：用于同步显示系统的刷新周期，避免画面撕裂。-**Choreographer**：协调应用的绘制时机，确保在VSync信号到来时开始绘制，从而保证流畅性。下面我们详细说明几个关键点：###1.Surface详解如前所述，Surface是图形数据生产者的接口。在应用层面，我们通常通过SurfaceView或TextureView来使用Surface。在底层，Surface与一个BufferQueue相关联。###2.SurfaceFlingerSurfaceFlinger是一个系统服务，它运行在系统进程（system_server）中，负责：-接收来自各个应用的图层（Layer，每个Surface对应一个Layer）-根据窗口管理服务（WindowManagerService）提供的窗口层级信息，将图层按正确的顺序合成-将合成的结果输出到显示设备###3.图形缓冲区图形缓冲区（GraphicBuffer）由GrallocHAL分配，用于存储图形数据。BufferQueue管理这些缓冲区的队列。###4.合成方式-**硬件合成（HardwareComposer,HWC）**：由硬件合成器完成，效率高，功耗低。-**GPU合成**：当硬件合成器无法处理复杂的合成时，会使用GPU进行合成。###5.显示控制显示控制由DisplayManagerService和DisplayPowerController等组件管理，负责显示设备的开启、关闭、亮度调节等。为了更清晰地说明，我们可以用以下独立公式表示缓冲区的交换过程：设生产者（Producer）为P，消费者（Consumer）为C，缓冲区队列为Q，则：$$Q=\{B_0,B_1,\dots,B_{n-1}\}$$其中$B_i$为第i个缓冲区。P生产一帧数据到$B_k$，然后将$B_k$入队到Q；C从Q中出队$B_k$进行处理（如合成），处理完毕后将$B_k$归还给P以便重用。整个Android显示服务框架的架构图如下（根据引用[3]的描述）：```+----------------++----------------++-----------------++------------------+|App||Surface||SurfaceFlinger||Display||(Producer)|---->|(BufferQueue)|---->|(Consumer)|---->|(Screen)|+----------------++----------------++-----------------++------------------+```在实际开发中，我们通常不需要直接操作这些底层组件，而是通过高级API（如View系统）进行绘制。但是理解底层框架有助于我们优化性能，解决图形显示问题。希望以上解释能帮助您理解Android显示服务框架。§§相关问题§§1.Surface和SurfaceView有什么区别？2.什么是VSync信号？它在Android显示中起什么作用？3.如何优化Android应用的绘制性能？4.为什么有时候需要使用TextureView而不是SurfaceView？5.请解释SurfaceFlinger的工作流程。</think>### Android显示服务框架详解 Android显示服务框架是图形子系统的核心，负责管理屏幕内容渲染、合成和显示。其核心设计基于**生产者-消费者模型**，主要组件如下： #### 1. **关键组件** - **Surface**：图形数据的基本载体，代表生产者（如App）与消费者（如SurfaceFlinger）间的缓冲区队列接口。每个窗口对应一个Surface[^3]： $$ \text{Surface} = \text{BufferQueue}(\text{Producer} \leftrightarrow \text{Consumer}) $$ - **SurfaceFlinger**：系统级服务（运行于`system_server`进程），负责： - 收集所有Surface的图形缓冲区 - 按窗口层级（Z-order）合成最终帧 - 通过HWC（硬件合成器）输出到屏幕 - **HWComposer (HWC)**：硬件抽象层组件，决定使用GPU合成还是硬件叠加层（Overlay）实现高效合成。 - **Gralloc**：图形内存分配器，管理共享缓冲区内存（如ION内存）。 #### 2. **工作流程** ```mermaid graph LR A[App绘制] -->|Canvas/OpenGL| B(Surface) B -->|Buffer入队| C[BufferQueue] C -->|Buffer出队| D(SurfaceFlinger) D -->|合成策略| E[HWC] E -->|帧数据| F[Display Driver] F --> G[屏幕显示] ``` 1. **生产阶段**：App通过`Canvas`、`OpenGL ES`或`Vulkan`在Surface上绘制内容，提交到BufferQueue。 2. **消费阶段**：SurfaceFlinger在VSync信号触发时： - 从所有活跃Surface的BufferQueue获取最新帧 - 计算最优合成路径（优先使用HWC硬件合成） 3. **显示阶段**：合成后的帧通过Display Driver刷新到屏幕。 #### 3. **核心机制详解 - **BufferQueue双缓冲**： 采用`dequeued`（绘制中）和`queued`（待合成）双缓冲区，避免画面撕裂。数学表示为： $$ \text{Buffer状态} \in \{ \text{DEQUEUED}, \text{QUEUED}, \text{ACQUIRED} \} $$ - **VSync同步**： 显示系统按固定频率（如60Hz）发送垂直同步信号，协调App绘制与SurfaceFlinger合成时序。 - **硬件加速合成**： HWC直接叠加多个图层（如视频播放器+UI控件），显著降低GPU负载。若图层过多（>硬件层上限），则回退到GPU合成。 #### 4. **显示服务架构层次** ``` 应用层： SurfaceView/TextureView → Canvas/OpenGL 框架层： WindowManager → SurfaceControl → BufferQueue Native层： SurfaceFlinger → HWC/Gralloc 内核层： Display Driver（如DRM/KMS） ``` #### 5. **性能优化关键 - **减少Overdraw**：控制无效区域重绘（通过`GPU呈现模式分析`工具检测） - **硬件叠加层**：确保关键图层（如视频）被HWC直接处理 - **VSync对齐**：使用`Choreographer`协调绘制时机 > 示例：视频播放场景 > 视频解码器作为生产者填充BufferQueue → SurfaceFlinger将视频流Surface与UI控件Surface通过HWC叠加 → 直接输出到屏幕，无需GPU参与[^3]。
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