Android图形子系统详解

图形操作可以有两种方式实现：一是利用通用CPU模拟图形操作；二是利用GPU专门做图形操作。前者会增加CPU的负担，在现在高分辨率已经是普遍现象的时候，让通用处理器来完成大量的图形计算已经不现实。Android图形系统的发展过程也验证了这一观点。

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为了达到高效的图形处理效果，是必须紧密结合软件和硬件的。这篇文章主要介绍跟Android的图形子系统。以后可能会对这些主题进行更加深入的探讨。

Android图形系统的软件构成

下面的示意图，展示了Android上负责图形处理的软件模块。

一个典型Android应用中各个图形系统组件的关系图

GPU:

GPU专门设计用于加速图形操作。GPU不同于CPU，它的一个设计目的就是高度的并行化，并行化是大部分图形计算的共同特征。

Android 刚刚问世的时候，GPU还是可选的，最近发布的版本中，GPU已经是一个必配硬件。如果系统中没有GPU，系统使用的OpenGL ES就包含了libagl和pixelflinger，通过软件实现OpenGL ES协议接口，有时也有硬件支持的CopyBit。但是不幸的是，Android通过软件模拟OpenGL，并不支持OpenGL ES 2.0。现在，Android系统中的不少组件使用了OpenGL ES 2.0，比如HWUI、Renderscript、SurfaceTexture。平板电脑都有很高的分辨率，纯软件的模拟支持并不能保证图形的填充需 求，也就不能为用户提供流畅的UI体验。厂商如果想制造基于ICS或者更高版本Android系统的设备，就必须具有支持OpenGL ES 2.0 的GPU。

Canvas:

画布是应用程序用来绘制Widget或图形等元素的地 方。Froyo和Gingerbread上，画布通过Skia来绘制。Honeycomb及以后的版本，HWUI被加入了进来，提供了GPU加速支持。在 Ice Cream Sandwich及以后的版本上，HWUI缺省用于图形的绘制。

Skia:

Skia是一组2D绘图的API，它完全通过软件实现。由于性能方面的原因，Skia逐渐被HWUI所替代。

HWUI

HWUI 可以使UI组件使用GPU加速。HWUI是在Honeycomb中引入进来的，目的是使交互更加快速，及时响应，流畅。在大分辨率的平板电脑上，通过 Skia来绘制动画，会占用很高的CPU资源，进而拖慢整个系统。HWUI需要支持OpenGL ES 2.0的GPU，不能通过软件模拟。

Renderscript

Renderscript 同样也是Honeycomb引入的新的API，它的设计为了同时解决移植和性能问题。应用程序员用Renderscript（基于C99）编写代码，然后 一个LLVM的交叉编译器把它编译为机器独立的bit code，应用程序员再将其打包到apk中。当用户下载apk时，设备上的编译器（基于LLVM，位于/system/lib/libbcc.so）将 bit code编译为目标机器上的指令。

Renderscript在Froyo和Gingerbread上也存在，但是不是公开的API。只有Android的一些wallpaper使用了它。那时它的实现也非常粗糙，功能有限。

Surface:

一 个Surface对应一个屏幕外缓冲区，应用程序用来渲染窗口内容。一个游戏程序，它可能使用OpenGL在Surface上绘制3D对象，一个普通应用 程序，它可能使用Skia来绘制Widget或者文本，它也可能使用HWUI库来启用GPU加速。从ICS开始，Surface通过一个后端的 SurfaceTexture实现，这就意味着Surface对应的不再是一个缓冲区，而是一个纹理（texture）。

Android平台的图形栈

SurfaceFlinger:

SurfaceFlinger是一个合成器，它管理来自于不同应用的Surface。比如，可能有许多应用同时存在，与此对应的，存在许多独立的Surface需要被渲染。SurfaceFlinger决定屏幕上显示的内容，那些需要被覆盖，进行裁剪。

SurfaceFlinger使用的是OpenGL ES 1.1标准中的函数。为什么呢？如果使用OpenGL ES 2.0，就必须需要支持OpenGL ES 2.0的硬件GPU，这会使系统的启动更加复杂，也会使模拟器的实现更加困难。

HW Composer:

硬件合成器是Honeycomb引入的一个HAL，SurfaceFlinger使用它，利用硬件资源来加速Surface的合成，比如3D GPU和2D的图形引擎。

CopyBit:

CopyBit也是一个HAL。它允许使用特殊硬件来加速一些图形操作，比如复制（blitting）。它设计的初衷是在没有3D GPU的系统上加速软件的渲染过程。CopyBit在ICS中被删除了，因为GPU已经成为一个必备硬件，没有必要专门设计一个加速部件。

Libagl/PixelFlinger:

libagl 是一个通过软件实现了OpenGL ES 1.0和1.1版本API的组件。它使用PixelFlinger来实现OpenGL调用。为了加速使用PixelFlinger的渲染过程，JIT被引 入了进来，称为CodeFling。CodeFling生成机器代码，它急剧加速了许多类型的像素操作。

可以看出，Android的图形系统在不断的调整，目的是为了提供更加快速流畅的UI体验。这就是Android版本中图形相关代码变动很大的原因。

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