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骁龙820A汽车 ADAS 分享方案介绍—图形系统简介(二)
车载技术工程师 | 2018-06-26 16:56:43    阅读:71   发布文章

本篇我们来聊聊关于图形系统的的源码与模块结构。

源码与模块结构

wayland/weston/libinput等项目源码位于http://cgit.freedesktop.org/wayland下。

Wayland的协议定义在protocol目录,通信协议实现在src目录。它主要编译出三个库,libwayland-client,libwayland-server和libwayland-cursor。第一个为协议的client端实现,第二个为协议的server端实现。第三个是协议中鼠标相关处理实现。编译时会首先编译出wayland-scanner这个可执行文件,它利用expat这个库来解析xml文件,将wayland.xml生成相应的wayland-protocol.c,wayland-client-protocol.h和wayland-server-protocol.h。它们会被Wayland的client和server在编译时用到。同时wayland-scanner也需要在生成Weston中的Wayland扩展协议中起同样作用。

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Wayland主要依赖于两个库,一个上面提到的expat协议,另一个libffi用于在跨进程过程调用中根据函数描述生成相应calling convention的跳板代码。

Weston的主要实现在src目录下。与Wayland类似,protocol目录下放着Wayland协议定义。在clients目录下是一些client的例子,也包括了desktop-shell和keyboard等核心client的例子,也包含了如simple-egl, simple-shm, simple-touch等针对性的简单用例。Weston启动过程中会分别加载几个backend:shell backend, render backend和compositor backend。它们分别用于窗口管理,合成渲染和合成内容输出。

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由于这些后端都可有不同的实现,为了逻辑上的独立性和结构上的灵活性,他们都编译成动态链接库从而可以在Weston初始化时被加载进来。这种方式在Weston中被广泛采用,一些功能比如屏幕共享等都是以这种形式加载的。

举例来说,compositor backend主要决定了compositor合成完后的结果怎么处置。从数据结构上,weston_output是output设备的抽象,而下面的backend会实现具体的output设备。
• fbdev:直接输出至linux的framebuffer设备。接口通用。
• headless:和noop-renderer配合使用,可以在没有窗口系统的机子(比如server上)测试逻辑。
• RPI:用于Raspberry Pi平台。
• RDP:合成后通过RDP传输到RDP peer显示,用于远程桌面。
• DRM:Direct redering manager,桌面上一般用这个。
• x11:Wayland compositor作为X server的client。它可以让Wayland client运行在X11上。
• wayland:Wayland composiotr作为server同时,也作为另一个Wayland compositor的client。用于nested compositor。

Renderer backend主要用于compositor的合成之用,除去noop-renderer外,有gl-renderer和pixman-renderer两种。前者为GPU硬件渲染,后者为软件渲染。shell backend用于实现具体的窗口管理。相应的实现分别在desktop-shell,fullscreen-shell和ivi-shell目录中。

Wayland/Weston运行时依赖的库主要有下面几个,其相互关系大体如下。

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• libEGL, libGLES:本地窗口系统与图形driver的glue layer,mesa提供了开源版本的实现。
• libdrm:封装KMS,GEM等图形相关接口。平台相关。
• libffi:用于在运行时根据调用接口描述生成函数跳板并调用。
• pixman:用于像素操作的库,包括region, box等计算。用了许多平台相关的优化。
• cairo:软件渲染库,类似于skia。也有OpenGL后端。
• libinput:输入处理,依赖于mtdev, libudev, libevdev等库。
• libxkbcommon:主要用于键盘处理。
• libjpeg, libpng, libwebp:用于加载各种图片文件,像壁纸,面板和鼠标等都需要。

渲染流水线

一个Wayland client要将内存渲染到屏幕上,首先要申请一个graphic buffer,绘制完后传给Wayland compositor并通知其重绘。Wayland compositor收集所有Wayland client的请求,然后以一定周期把所有提交的graphic buffer进行合成。合成完后进行输出。本质上,client需要将窗口内容绘制到一个和compositor共享的buffer上。这个buffer可以是普通共享内存,也可以是DRM中的GBM或是gralloc提供的可供硬件(如GPU)操作的graphic buffer。在大多数移动平台上,没有专门的显存,因此它们最终都来自系统内存,区别在于图形加速硬件一般会要求物理连续且符合对齐要求的内存。如果是普通共享内存,一般是物理不连续的,多数情况用于软件渲染。有些图形驱动也支持用物理不连续内存做硬件加速,但效率相对会低一些。根据buffer类型的不同,client可以选择自己绘制,或是通过Cairo,OpenGL绘制,或是更高层的如Qt,GTK+这些widget库等绘制。绘制完后client将buffer的handle传给server,以及需要重绘的区域。在server端,compositor将该buffer转为纹理(如果是共享内存使用glTexImage2D上传纹理,硬件加速buffer用GL_OES_EGL_image_external扩展生成外部纹理)。最后将其与其它的窗口内容进行合成。下面是抽象的流程图。

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注意Wayland设计中默认buffer是从client端分配的。这和Android中在server端分配buffer的策略是不同的。这样,client可以自行设计buffer的管理策略。理论上,client可以始终只用一块buffer,但因为这块buffer在client和server同时访问会产生竞争,所以一般client端都会实现buffer queue。流水线上比较关键的一环是buffer跨进程的传输,也就是client和server间的有效传递。buffer当然不可能通过拷贝传输,因此这里只会传handle,本质上是传buffer的fd。我们知道fd是per-process的。而可以传递fd的主要IPC机制有binder, domain socket和pipe等。Wayland底层用的是domain socket,因此可以用于传fd。

在这条流水线上,可以看到,client和server端都会发生绘制。client绘制本地的窗口内容,server端主要用于合成时渲染。注意两边都可独立选择用软件或者硬件渲染。现在的商用设备上,多是硬件加速渲染。和Android上的SurfaceFlinger和Ubuntu上的Mir一样,Wayland同样基于EGL接口。EGL用于将本地窗口系统与OpenGL关联起来,与WGL, GLX等作用类似,只是它是用于Embedded platform的。在Wayland/Weston系统中,Wayland定义了用于EGL的窗口抽象,来作为EGL stack(也就是厂商的图形驱动)和Wayland协议的glue layer。它对EGL进行了扩展,增加了比如eglBindWaylandDisplayWL, eglUnbindWaylandDisplayWL, eglQueryWaylandBufferWL等接口,对Wayland友好的EGL库应该提供它们的实现,也就是说要提供Wayland EGL platform,比如mesa(src/egl/main/eglapi.c中)。另一种做法是像libhybris中eglplatform一样通过EGL wrapper的方式加上这些支持(hybris/egl/platforms/common/eglplatformcommon.cpp)。同时,EGL stack需要提供厂商相关的协议扩展使client能与compositor共享buffer。wayland-egl库提供了Wayland中surface和EGL粘合的作用。一个要用硬件加速的EGL window可以基于Wayland的surface创建,即通过wayland-egl提供的接口创建wl_egl_window。wl_egl_window结构中包含了wl_surface,然后wl_egl_window就可以被传入EGL的eglCreateWindowSurface()接口。这样就将Wayland surface与EGL stack联系在一起了。

关于这模块整体部分介绍就先聊到这里,在后续的博客中我们会详细来介绍窗口管理相关内容。




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