Android 显示系统框架

一.FrameBuffer

FrameBuffer 介绍：
FrameBuffer中文译名为帧缓冲驱动，它是出现在2.2.xx内核中的一种驱动程序接口。主设备号为29，次设备号递增。
Linux抽象出FrameBuffer这个设备来供用户态进程实现直接写屏。FrameBuffer机制模仿显卡的功能，将显卡硬件结构抽象掉，可以通过FrameBuffer的读写直接对显存进行操作。用户可以将FrameBuffer看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以直接进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节，这些都是由FrameBuffer设备驱动来完成的。
FrameBuffer实际上就是嵌入式系统中专门为GPU所保留的一块连续的物理内存，LCD通过专门的总线从framebuffer读取数据，显示到屏幕上。
FrameBuffer本质上是一块显示缓存，往显示缓存中写入特定格式的数据就意味着向屏幕输出内容。所以说FrameBuffer就是一块白板。

framebuffer常见的设计规格：
fb常见的典型规格：支持几个图形层（如果只有一个图层，那么鼠标必须叠加到内容中），每个图形层 支持哪些 像素数据格式 / 分辨率 / 颜色空间 / 是否支持裁剪crop / 是否支持显示偏移设置 / 是否支持压缩数据解压读取（降低带宽） / 是否支持缩放 等；

二.FrameBuffer与Android

当我们的程序 想要 在屏幕上显示内容时，我们的机制是直接向FrameBuffer（后面简称FB）写入内容来实现。接下来谈谈Android 实用FB的策略：

如果只有一个FB，当APP写入速度>LCD显示速度时没问题；当APP写入速度 <=LCD显示速度时，会卡顿和闪烁，为了解决这个问题，一般采用2个以上FB。以2个FB为例，APP写入FB0，LCD此时渲染FB1，FB0写入结束后，LCD渲染FB0，此时APP写入FB1，之后不断循环即可。

对于Android系统来说，有很多个APP，如果这些APP同时向FB写入内容那显示的内容就乱了，因此 需要一个大管家来管理，这个大管家就是 SurfaceFlinger。

三.SurfaceFlinger整体框架简图说明

SurfaceFlinger（后 简称SF）主要可以做以下几件事情：

1.给app提供buffer： 通过gralloc模块向ashmen申请内存得到文件句柄fd，将fd通过binder机制传递给对应的app，app再执行mmap操作即可获得 对应的buffer。

2.将app发来的buffer（界面数据）进行合成：根据各个界面的layer（就是Z值，由WindowManagerService来确定）,把这些排序后的整体buffer传递给HardwareComposer(后简称HWC)。

3.当HWC不能处理（无HWC硬件、超出HWC层数）buffer时，使用图形库GL来处理。

4.SF也好，APP也好，都可以直接调用EGL层接口来实现 渲染功能。

四.Gralloc模块

用户空间的应用程序在使用帧缓冲区之间，首先要加载Gralloc模块，并且获得一个gralloc设备和一个fb设备。有了gralloc设备之后，用户空间中的应用程序就可以申请分配一块图形缓冲区，并且将这块图形缓冲区映射到应用程序的地址空间来，以便可以向里面写入要绘制的画面的内容。最后，用户空间中的应用程序就通过fb设备来将前面已经准备好了的图形缓冲区渲染到帧缓冲区中去，即将图形缓冲区的内容绘制到显示屏中去。相应地，当用户空间中的应用程序不再需要使用一块图形缓冲区的时候，就可以通过gralloc设备来释放它，并且将它从地址空间中解除映射。

五.HWC叠加器

hwc模块定义—The Hardware Composer硬件叠加器
应用把要显示的layers交给SurfaceFlinger，SurfaceFlinger直接把这些layers交给hwc，hwc就可以在自己能力范围内做好合成，再把合成好的结果拿去显示。如果芯片显示硬件模块功能较弱，不支持某些合成场景，就会用CPU（纯软件合成）或者GPU去做。

六.OpenGL

OpenGL（ Open Graphics Library 开发图形接口)是一个跨平台的图形 API，用于指定 3D 图形处理硬件中的标准软件接口。

总结的来讲，OpenGl 提供了指定图形处理的硬件接口，我们在处理图形的时候，只要按照它的规则来调用，就可以获得更加高效的图形处理方法。

通过下面这张图可以看到，它其实是 CPU 和 GPU 图形交互的一个桥梁，可以理解成一个库

因为 GPU 在处理逻辑运算方面，有天然的优势，因此，可以理解 OpenGL ES 就是一个能操作 GPU 的API。