Android圖形子系統詳解

圖形操作可以有兩種方式實現：一是利用通用CPU類比圖形操作；二是利用GPU專門做圖形操作。前者會增加CPU的負擔，在現在高解析度已經是普遍現象的時候，讓通用處理器來完成大量的圖形計算已經不現實。Android圖形系統的發展過程也驗證了這一觀點。

為了達到高效的圖形處理效果，是必須緊密結合軟體和硬體的。這篇文章主要介紹跟Android的圖形子系統。以後可能會對這些主題進行更加深入的探討。

Android圖形系統的軟體構成

下面的，展示了Android上負責圖形處理的軟體模組。

一個典型Android應用中各個圖形系統組件的關係圖

GPU:

GPU專門設計用於加速圖形操作。GPU不同於CPU，它的一個設計目的就是高度的並行化，並行化是大部分圖形計算的共同特徵。

Android 剛剛問世的時候，GPU還是可選的，最近發布的版本中，GPU已經是一個必配硬體。如果系統中沒有GPU，系統使用的OpenGL ES就包含了libagl和pixelflinger，通過軟體實現OpenGL ES協議介面，有時也有硬體支援的CopyBit。但是不幸的是，Android通過軟體類比OpenGL，並不支援OpenGL ES 2.0。現在，Android系統中的不少組件使用了OpenGL ES 2.0，比如HWUI、Renderscript、SurfaceTexture。平板電腦都有很高的解析度，純軟體的類比支援並不能保證圖形的填充需 求，也就不能為使用者提供流暢的UI體驗。廠商如果想製造基於ICS或者更高版本Android系統的裝置，就必須具有支援OpenGL ES 2.0 的GPU。

Canvas:

畫布是應用程式用來繪製Widget或圖形等元素的地 方。Froyo和Gingerbread上，畫布通過Skia來繪製。Honeycomb及以後的版本，HWUI被加入了進來，提供了GPU加速支援。在 Ice Cream Sandwich及以後的版本上，HWUI預設用於圖形的繪製。

Skia:

Skia是一組2D繪圖的API，它完全通過軟體實現。由於效能方面的原因，Skia逐漸被HWUI所替代。

HWUI

HWUI 可以使UI組件使用GPU加速。HWUI是在Honeycomb中引入進來的，目的是使互動更加快速，及時響應，流暢。在大解析度的平板電腦上，通過 Skia來繪製動畫，會佔用很高的CPU資源，進而拖慢整個系統。HWUI需要支援OpenGL ES 2.0的GPU，不能通過軟體類比。

Renderscript

Renderscript 同樣也是Honeycomb引入的新的API，它的設計為了同時解決移植和效能問題。應用程式員用Renderscript基於C99）編寫代碼，然後 一個LLVM的交叉編譯器把它編譯為機器獨立的bit code，應用程式員再將其打包到apk中。當使用者下載apk時，裝置上的編譯器基於LLVM，位於/system/lib/libbcc.so）將 bit code編譯為目標機器上的指令。

Renderscript在Froyo和Gingerbread上也存在，但是不是公開的API。只有Android的一些wallpaper使用了它。那時它的實現也非常粗糙，功能有限。

Surface:

一 個Surface對應一個螢幕外緩衝區，應用程式用來渲染視窗內容。一個遊戲程式，它可能使用OpenGL在Surface上繪製3D對象，一個普通應用 程式，它可能使用Skia來繪製Widget或者文本，它也可能使用HWUI庫來啟用GPU加速。從ICS開始，Surface通過一個後端的 SurfaceTexture實現，這就意味著Surface對應的不再是一個緩衝區，而是一個紋理texture）。

Android平台的圖形棧

SurfaceFlinger:

SurfaceFlinger是一個合成器，它管理來自於不同應用的Surface。比如，可能有許多應用同時存在，與此對應的，存在許多獨立的Surface需要被渲染。SurfaceFlinger決定螢幕上顯示的內容，那些需要被覆蓋，進行裁剪。

SurfaceFlinger使用的是OpenGL ES 1.1標準中的函數。為什麼呢？如果使用OpenGL ES 2.0，就必須需要支援OpenGL ES 2.0的硬體GPU，這會使系統的啟動更加複雜，也會使模擬器的實現更加困難。

HW Composer:

硬體合成器是Honeycomb引入的一個HAL，SurfaceFlinger使用它，利用硬體資源來加速Surface的合成，比如3D GPU和2D的圖形引擎。

CopyBit:

CopyBit也是一個HAL。它允許使用特殊硬體來加速一些圖形操作，比如複製blitting）。它設計的初衷是在沒有3D GPU的系統上加速軟體的渲染過程。CopyBit在ICS中被刪除了，因為GPU已經成為一個必備硬體，沒有必要專門設計一個加速組件。

Libagl/PixelFlinger:

libagl 是一個通過軟體實現了OpenGL ES 1.0和1.1版本API的組件。它使用PixelFlinger來實現OpenGL調用。為了加速使用PixelFlinger的渲染過程，JIT被引 入了進來，稱為CodeFling。CodeFling產生機器代碼，它急劇加速了許多類型的像素操作。

可以看出，Android的圖形系統在不斷的調整，目的是為了提供更加快速流暢的UI體驗。這就是Android版本中圖形相關代碼變動很大的原因。