简析在Android GUI系统中Android图形系统的分析与移植

      本文是对于Android的GUI系统的图形系统移植与分析，而图形系统是一款通用编程软件包，由图形I/O设备构成，基本功能是图元生成、属性设置。现代计算机图形系统与一般计算机系统最主要的差别是具有图形的输入、输出设备以及必要的交互工具，在速度和存储容量上具有较高的要求。

1、综述

　　Android的GUI系统由C语言框架和java语言框架组成。对下层，Android的GUI系统通过调用显示输出设备和输入设备的驱动，从而将Android的软件系统和底层的硬件联系起来。对上层，Android的GUI系统提供了Java层次的绘图结构，Android的Java框架层调用这些绘图接口来构建各种UI元素，这些绘图接口也可以供Java应用程序层来调用。

　　Android的GUI系统架构图如图1所示：

　　图1 GUI系统框架图

　　其中驱动包括FrameBuffer驱动，Event输入驱动等。

　　由上图可知，libui是提供接口的框架库，其他的库大部分通过继承并实现libui中定义的类来实现相应的功能。因此，理解libui的构造对于了解GUI的整体框架存在必然性。以下就来介绍一下该库。

　　2 libui库

　　libui是Android在本地层次一个框架性质的集成库，它不仅是现实的中枢，也是整个AndroidGUI系统的中枢。

　　这个库提供了一些接口，由其他的库通过类继承方式来实现，而调用者只需要调用libui库的接口即可。libui库包含了颜色格式，Egl窗口(用户显示)，按键及事件处理，Surface(显示界面)，Overlay(显示叠加层接口)，Camera(照相机接口)等多个方面的定义。

　　libui库中包含的内容如下：

　　1) Format(颜色格式))部分

　　这个部分本身定义颜色空间的枚举类型和数据结构，它需要重用pixelflinger中的一些数据格式的定义。

　　2) Native Windows(本地窗口)部分

　　本部分用于实现一个本地显示的接口，也就是实现一个egl_native_window_t类，程序通过调用从而实现基本的显示功能。

　　3) Key/Event(按键和时间处理)部分

　　本部分是系统输入的基础，其中定义按键的映射，通过操作Event时间设备来实现获取系统的输入。

　　4) Surface(显示界面)部分

　　本部分定义了显示界面较高层次的接口，包含部分显示界面的管理功能。

　　5) Overlay(显示部分的叠加层)部分

　　定义了一个叠加的显示输出层接口，覆盖在主显示层之上，常用于视频输出。

　　6) Camera(照相机)部分

　　定义摄像头的框架和接口。

　　3 显示输出与硬件的接口

　　显示输出接口最终需要与硬件交互，对于Linux操作系统，就是要和驱动程序打交道。这两部分原本也是属于“硬件抽象层”的内容，由于Android中使用的是FrameBuffer的标准显示驱动，因此本部分内容在libui库中使用标准方式来实现。

　　对于Android的显示部分，需要实现的接口是egl_native_window_t，它是一个OpenGL结构，也是给libEGL使用的。

　　Android使用标准的FrameBuffer作为驱动程序，同时也在本地框架中提供了系统和FrameBuffer驱动程序之间的适配层，即硬件抽象层。这个部分主要在Gralloc模块中实现调用标准的FrameBuffer驱动，它是系统和FrameBuffer设备之间的接口，以硬件模块的形式存在。Gralloc被libui库调用。

　　Gralloc模式是显示模块的实现，其中，framebuffer.cpp用于基于FrameBuffer的显示实现。其中定义了帧缓冲区为双缓冲：

　　// numbers ofbuffers for page flipping

　　#defineNUM_BUFFERS 2

　　……

　　//使用FBIOGET_FSCREENINFO和FBIOGET_VSCREENINFO的ioctl()接口来获取驱动程序的基本信息，并调用mmap()将驱动程序的内存映射到用户空间

　　structfb_fix_screeninfo finfo;

　　if (ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo) == -1)

　　return -errno;

　　structfb_var_screeninfo info;

　　if (ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO,&info) == -1)

　　return -errno;

　　//RequestNUM_BUFFERS screens (at lest 2 for page flipping)

　　info.yres_virtual= info.yres * NUM_BUFFERS;

　　libui对gralloc模块实现了调用，在FrameBufferNativeWindow.cpp中打开了gralloc设备。

　　FramebufferNativeWindow::FramebufferNativeWindow()

　　:BASE(),fbDev(0),grDev(0),mUpdateOnDemand(false)

　　{

　　hw_module_tconst* module;

　　if(hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module) == 0) {

　　int stride;

　　int err;

　　err = framebuffer_open(module,&fbDev);

　　LOGE_IF(err,"couldn't open framebuffer HAL (%s)", strerror(-err));

　　err =gralloc_open(module, &grDev);

　　LOGE_IF(err,"couldn't open gralloc HAL (%s)", strerror(-err));

　　// ......

　　}

    上文主要是从三个层次面来介绍Android GUI系统的图形系统的分析与移植，重点介绍libui库和显示输出与硬件的接口，libui是Android在本地层次一个框架性质的集成库，而显示输出接口最终需要与硬件交互，对于Linux操作系统，就是要和驱动程序打交道。