Android SurfaceFlinger——HWC图层合成器加载（四）

本文主要是介绍Android SurfaceFlinger——HWC图层合成器加载（四），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

        在前面文章中的 Android.bp 文件中，我们可以看到里面加载了图层合成器和图形内存分配器的 HAL 服务，这里篇我们就来详细介绍一下其中的图层合成器——HWC。

一、HWC简介

        HWC，全称为 Hardware Composer，是 Android 系统中一个至关重要的组件，位于硬件抽象层（HAL）。它的主要职责是利用图形处理器（GPU）和其他硬件资源来高效地合成和显示屏幕上的多个图层（Layers）。HWC 的设计目标在于减轻 CPU 和 GPU 的负担，提升显示性能并降低功耗。

1、核心功能

• 图层合成：HWC 接收来自 SurfaceFlinger 的图层信息，包括每个图层的内容、位置、透明度等，并使用硬件加速功能直接在屏幕上合成这些图层，而不需要通过 CPU 或 GPU 进行软件渲染。
• 硬件加速：利用 GPU 和其他专用硬件（如视频编解码器）来直接处理图形和视频数据，减少 CPU 的介入，从而提高显示效率和降低能耗。 
• 资源管理：HWC 会根据硬件的实际能力来决定哪些图层可以由硬件直接合成（通常称为 Overlay 层），哪些需要通过软件（如 OpenGL ES）来处理。这种动态分配有助于最大化硬件利用率。
• 帧缓冲管理：它还涉及帧缓冲的管理，确保图像数据正确无误地传输到显示屏上。

2、架构演变

HWC1：较早的版本，提供了基本的硬件合成能力，但功能较为有限，且对复杂场景的处理能力不足。
HWC2：即 android.hardware.graphics.composer@2.x，是 HWC 的一个重大升级，引入了更多高级功能和灵活性，如异步操作、Sideband 流支持、更精细的图层控制等，同时改善了对多显示设备的支持和错误处理机制。

        下面我们来看一下 HWC2 的关键概念及功能特性。

关键概念

ComposerClient：客户端通过创建一个 ComposerClient 实例来与 HWC2 服务通信，进行图层管理和合成请求。
Layer：图层是 HWC 合成的基本单位，每个图层代表屏幕上的一个可独立操作的视觉元素，如一个窗口或一个图像。
Display：表示物理或虚拟的显示设备，HWC2 可以管理多个显示设备，并对每个显示设备进行独立的合成操作。
CompositionType：定义了图层合成的方式，包括硬件合成（HWC_OVERLAY）和软件合成（需要 GPU 参与）。硬件合成优先，以提高效率。

功能特性 

异步操作：HWC2 支持异步操作模式，使得合成操作可以在后台进行，不阻塞主线程，提高了UI响应速度。
Sideband Streams：支持 Sideband 流，允许视频等连续数据流直接传递给硬件解码和显示，减少了内存拷贝和处理延迟。
Display Configuration：能够配置显示参数，如分辨率、刷新率等，以及管理显示设备的热插拔事件。

3、应用场景

        HWC 广泛应用于各种图形密集型场景，如视频播放、游戏、动画过渡以及多窗口界面布局，确保用户界面流畅且电池续航持久。

• 视频播放：直接将视频解码输出送至硬件合成器，避免额外的渲染开销。
• 应用界面：应用程序的 UI 图层，根据需要选择性地通过硬件或软件方式进行合成。
• 多窗口管理：在多任务或多窗口模式下，动态调整图层层叠和合成方式。

        总之，HWC 是 Android 图形显示栈中的一个关键技术，通过直接与硬件交互，优化了图形处理流程，是实现流畅用户体验的关键因素之一。

二、HWC初始化

        这里以 HWC2.1 为例，Composer HAL 服务的“启动”通过系统框架和 HIDL 机制间接触发，最终调用的 service.cpp 中的入口函数。

1、Hal服务启动

源码位置：/hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/default/service.cpp

#define LOG_TAG "android.hardware.graphics.composer@2.1-service"#include <android/hardware/graphics/composer/2.1/IComposer.h>
#include <composer-passthrough/2.1/HwcLoader.h>
……using android::hardware::graphics::composer::V2_1::IComposer;
using android::hardware::graphics::composer::V2_1::passthrough::HwcLoader;int main() {……android::sp<IComposer> composer = HwcLoader::load();if (composer == nullptr) {return 1;}……ALOGE("service is terminating");return 1;
}

        这里调用了 HwcLoader::load() 方法获取到 IComposer 接口。

2、IComposer初始化

源码位置：/hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/utils/passthrough/include/composer-passthrough/2.1/HwcLoader.h

static IComposer* load() {// 加载硬件模块const hw_module_t* module = loadModule();if (!module) {return nullptr;}// 创建HAL实例auto hal = createHalWithAdapter(module);if (!hal) {return nullptr;}// 创建IComposer接口return createComposer(std::move(hal));
}

        从该方法可以看到，IComposer 初始化分为三个步骤：

• loadModule 加载 hw_module_t 结构体，这是一个 HAL 模块的结构体。
• createHalWithAdapter 通过 hw_module_t 初始化 hwc2_device_t 结构体，让其拥有和顶层通信的能力也就是函数指针。
• createComposer 把 hwc2_device_t 转化为 IComposer 上传给客户端，也就是 SurfaceFlinger。

        接下来，我们针对上面几个步骤进行分析。

三、硬件模块加载

1、loadModule

// 加载hwcomposer2模块
static const hw_module_t* loadModule() {const hw_module_t* module;int error = hw_get_module(HWC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);if (error) {ALOGI("falling back to gralloc module");error = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);}if (error) {ALOGE("failed to get hwcomposer or gralloc module");return nullptr;}return module;
}

        这里主要就是用来加载硬件模块，如果 hwcomposer 加载失败则加载 composer 模块，对应的 ID 信息如下：

hwcomposer_defs.h

源码位置：/hardware/libhardware/include/hardware/hwcomposer_defs.h

/*** 该模块的id*/
#define HWC_HARDWARE_MODULE_ID "hwcomposer"/*** 要打开的传感器设备的名称*/
#define HWC_HARDWARE_COMPOSER "composer"

2、hw_get_module

源码位置：/hardware/libhardware/hardware.c

int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module)
{return hw_get_module_by_class(id, NULL, module);
}

hw_get_module_by_class  

/** hal模块的基本路径 */
#if defined(__LP64__)
#define HAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib64/hw"
#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib64/hw"
#define HAL_LIBRARY_PATH3 "/odm/lib64/hw"
#else
#define HAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib/hw"
#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib/hw"
#define HAL_LIBRARY_PATH3 "/odm/lib/hw"
#endifint hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst, const struct hw_module_t **module)
{//检查给定名称和子名称的HAL是否存在……
found:/* 加载模块 */return load(class_id, path, module);
}

         这里会根据传进来的 id 名字来查找上面路径下的 so 是否存在。最后调用 load() 加载对应模块。

load

static int load(const char *id, const char *path, const struct hw_module_t **pHmi)
{int status = -EINVAL;void *handle = NULL;struct hw_module_t *hmi = NULL;
#ifdef __ANDROID_VNDK__const bool try_system = false;
#elseconst bool try_system = true;
#endif// 动态加载库if (try_system &&strncmp(path, HAL_LIBRARY_PATH1, strlen(HAL_LIBRARY_PATH1)) == 0) {// 从指定路径加载库handle = dlopen(path, RTLD_NOW);} else {
#if defined(__ANDROID_RECOVERY__)handle = dlopen(path, RTLD_NOW);
#elsehandle = android_load_sphal_library(path, RTLD_NOW);
#endif}if (handle == NULL) {char const *err_str = dlerror();ALOGE("load: module=%s\n%s", path, err_str?err_str:"unknown");status = -EINVAL;goto done;}/* 获取模块信息 */const char *sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR;// 根据硬编码的符号名 HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR 获取 hw_module_t 结构体的地址hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym);if (hmi == NULL) {ALOGE("load: couldn't find symbol %s", sym);status = -EINVAL;goto done;}/* 检查id是否匹配 */if (strcmp(id, hmi->id) != 0) {ALOGE("load: id=%s != hmi->id=%s", id, hmi->id);status = -EINVAL;goto done;}hmi->dso = handle;/* success */status = 0;done:if (status != 0) {hmi = NULL;if (handle != NULL) {dlclose(handle);handle = NULL;}} else {ALOGV("loaded HAL id=%s path=%s hmi=%p handle=%p",id, path, hmi, handle);}*pHmi = hmi;return status;
}

        此函数是 Android HAL 框架中加载硬件模块的基础逻辑，体现了动态链接共享库的典型流程，确保了系统的模块化和灵活性。执行 dlopen 拿到对应 so 的句柄，接着同 dlsym 查找 HMI 字符，这个字符所指向的内存地址就是 hw_module_t。

3、hardware.h

源码位置：/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

/*** hal_module_info的名称*/
#define HAL_MODULE_INFO_SYM         HMI/*** hal_module_info的字符串名称*/
#define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR  "HMI"

        可以看到 hw_module_t 结构体对应的模块名称为 HAL_MODULE_INFO_SYM，这里我们就以 msm8960 为例看一下。

4、hwc.cpp

源码位置：/hardware/qcom/display/msm8960/libhwcomposer/hwc.cpp

hwc_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {.common = {.tag = HARDWARE_MODULE_TAG,.version_major = 2,.version_minor = 0,.id = HWC_HARDWARE_MODULE_ID,.name = "Qualcomm Hardware Composer Module",.author = "CodeAurora Forum",.methods = &hwc_module_methods,.dso = 0,.reserved = {0},}
};static struct hw_module_methods_t hwc_module_methods = {.open = hwc_device_open
};

        这样就能找到 hwc_module_t 对应在底层的结构体。 

这篇关于Android SurfaceFlinger——HWC图层合成器加载（四）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---