Android图形系统系统篇之HWC

HWC （hwcomposer）是Android中进行窗口（ Layer ）合成和显示的HAL层模块，其实现是特定于设备的，而且通常由显示设备制造商 (OEM)完成，为 SurfaceFlinger 服务提供硬件支持。

SurfaceFlinger 可以使用 OpenGL ES 合成 Layer ，这需要占用并消耗GPU资源。大多数GPU都没有针对图层合成进行优化，当 SurfaceFlinger 通过GPU合成图层时，应用程序无法使用GPU进行自己的渲染。而 HWC 通过硬件设备进行图层合成，可以减轻GPU的合成压力。

显示设备的能力千差万别，很难直接用API表示硬件设备支持合成的 Layer 数量， Layer 是否可以进行旋转和混合模式 *** 作，以及对图层定位和硬件合成的限制等。因此HWC描述上述信息的流程是这样的：

虽然每个显示设备的能力不同，但是官方要求每个 HWC 硬件模块都应该支持以下能力：

但是并非所有情况下 HWC 都比GPU更高效，例如：当屏幕上没有任何变化时，尤其是叠加层有透明像素并且需要进行图层透明像素混合时。在这种情况下， HWC 可以要求部分或者全部叠加层都进行GPU合成，然后 HWC 持有合成的结果Buffer，如果 SurfaceFlinger 要求合成相同的叠加图层列表， HWC 可以直接显示之前合成的结果Buffer，这有助于提高待机设备的电池寿命。

HWC 也提供了 VSync 事件，用于管理渲染和图层合成时机，后续文章会进行介绍。

Android7.0提供了HWC和HWC2两个版本，默认使用HWC，但是手机厂商也可以选择HWC2，如下所示：

SurfaceFlinger 通过 HWComposer 使用 HWC 硬件能力， HWComposer 构造函数通过 loadHwcModule 方法加载HWC模块，并封装成 HWC2::Device 结构，如下所示：

上述通过 hw_get_module 方法（hardware\libhardware\hardware.c）加载 hwcomposer 模块，此模块由硬件厂商提供实现，例如：hardware\libhardware\modules\hwcomposer\hwcomposer.cpp是 hwcomposer 模块基于HWC1的default实现，对应的共享库是 hwcomposer.default.so ；hardware\qcom\display\msm8994\libhwcomposer\hwc.cpp是高通MSM8994基于HWC1的实现，对应的共享库是 hwcomposer.msm8994.so 。

如果是基于HWC2协者码议实现，则需要实现hwcomposer2.h中定义的 hwc2_device_t 接口，例如： class VendorComposer : public hwc2_device_t 。Android7.0的 hwcomposer 模块默认都是基于HWC1协议实现的。

每个HAL层模块实现都要定义一个 HAL_MODULE_INFO_SYM 数据结构，并且该结构的第一个字段必须是 hw_module_t ，下面是高通MSM8994 hwcomposer 模块的定义：

frameworks\native\services\surfaceflinger\DisplayHardware\HWC2.h主要定义了以下三个结构体：

它们是对 HWC 硬件模块的进一步封装，方便进行调用。 HWC2::Device 持有一个 hwc2_device_t ，用于连接硬件设备，它包含了很多HWC2_PFN开头的函数指针变量，这些函数指针定义在 hwcomposer2.h 。

在 HWC2::Device 的构造函数中，会通过 Device::loadFunctionPointers -> loadFunctionPointer(FunctionDescriptor desc, PFN&outPFN) -> hwc2_device_t::getFunction 的调用链从硬件设备中获取具体的函数指针实现首蠢哪。关键模板函数如下所示：

这些函数指针主要分为三类：

通过上述档羡函数指针可以与 hwc2_device_t 表示的硬件合成模块进行交互。三类指针分别选取了一个示例：

可以通过类图，直观感受下引用关系。

HWC2::Device 构造函数除了完成获取函数指针实现以外，还会通过 Device::registerCallbacks 向硬件设备注册三个 Display 的回调：热插拔，刷新和VSync信号，如下所示：

总结一下， HWC2::Device 构造函数向硬件设备注册三个 Display 回调：热插拔，刷新和VSync信号。当 HWC2::Device 收到这些回调时，会通过监听器向外回调到对应的HWComposer函数： HWComposer::hotplug / HWComposer::invalidate / HWComposer::vsync 。HWComposer再通过这些信息驱动对应工作，后续文章进行介绍。

上文提到 HWC2::Device 中的函数指针是hardware\libhardware\include\hardware\hwcomposer2.h中定义的，除此之外，该头文件还定义了一些重要的结构体，这里介绍两个比较重要的：

DisplayType 表示显示屏类型，上面注释已经介绍，重点看下Layer合成类型：

那么一个 Layer 的合成方式是怎么确定的那？大致流程如下所示：

本篇文章只是简单介绍了HWC模块的相关类： HWComposer 、 HWC2::Device 、 HWC2::Display 和 HWC2::Layer ，以及它们的关系。此外，还着重介绍了Layer的合成方式和合成流程。后续文章会更加全面的介绍 SurfaceFlinger 是如何通过HWC模块完成Layer合成和上屏的（虚拟屏幕是到离屏缓冲区）。

一返桐种简单的方法是：把主函数中的变量作为参数传给回调函数，就是回调函数加所需的参数。

如果您有兴趣，还可以学习一下C++中的函者碧数对象和bind, 看看是否可以用函数对象代替回调函首世举数。

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