Android hwcomposer服务启动流程

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 

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.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

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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

<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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