图形硬件加速技术在Android系统中的实现与优化

摘要

随着智能手机、平板电脑等消费电子产品的飞速发展，运行在此类设备上的智能操作系统也越来越受到人们的关注。由Google公司推出的Android智能操作系统具有强大的功能和丰富的应用，迅速得到了市场的认可。图形系统是Android系统的重要组成部分，它的显示效果和处理速度将会最终影响用户体验。然而原生Android图形系统完全由软件计算实现，性能已经越来越难以满足用户日益增长的需要。本文利用硬件加速模块，对原生Android图形系统进行设计和优化，有效提高了Android系统的性能。
　　 在详细分析原生Android图形系统的基础上，基于自主研发的SEP6200处理器（采用UniCore32内核），对原生Android图形系统框架进行了改进。新的框架在原有基础上实现了物理内存模块(PMEM)、图形显示内存分配模块(Gralloc)、块拷贝模块(Copybit)和图形处理单元驱动(GPU驱动)四个模块，并加入了Skia图形库到GPU驱动的调用这一条路径。本文通过PMEM模块，将操作系统内存的最后一段空间设为独立显示内存，为硬件加速模块提供了大块物理连续的地址。针对SEP6200处理器，对原厂提供的GPU驱动进行了优化，使得硬件加速模块的性能得到充分利用。在Gralloc模块中使用了简易最优匹配内存分配策略，对图层所在内存的分配和回收进行了管理。通过实现Copybit模块所提供的硬件加速接口，完成了数据拷贝、裁剪、旋转、混合、拉伸等多种图形操作的硬件加速。本文还对Skia图形库进行了优化，以矩形搬运为例实现了Skia图形库到GPU驱动的调用。
　　 在课题硬件平台上测试了本文所改进的新的图形框架性能，实验结果表明:Linux内核层中GPU驱动在优化后相比于原厂所提供的GPU驱动，图形绘制性能平均提升幅度达到2.29倍;相比于无GPU驱动的情况，图形绘制性能平均提升为原来的7.88倍。本地框架层中Copybit模块的加入，使得Android系统图形绘制性能平均提升幅度达到2.35倍。Skia图形库优化后，矩形搬运函数所需时间缩短为原来的1/9。根据测试结果，本文硬件平台的图形测试结果可以达到同类主流硬件平台水平。
　　

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景与意义

1．1．1 背景

1．1．2 意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究目标和主要内容

第二章 Android图形系统框架

2．1 Android操作系统整体架构

2．2 Android图形系统架构

2．3 Skia图形库

2．3．1 Skia图形库特点

2．3．2 Skia图形库结构

2．3．3 Skia图形库的2D绘图接口

2．4 OpenGL|ES图形库

z．4．1 OpenGL|ES图形库特点

2．4．2 OpenGL|ES图形库结构

2．5 SurfaceFlinger图形管理库

2．5．1 SurfaceFlinger的主要功能

2．5．2 SurfaceFlinger的实现

2．6 本章小结

第三章 Linux内核层的图形硬件加速技术实现与优化

3．1 图形硬件加速技术的总体框架设计

3．2 软硬件平台

3．2．1 系统硬件平台

3．2．2 系统软件平台

3．3 PMEM物理内存模块的实现

3．3．1 PMEM产生的原因

3．3．2 PMEM的优缺点

3．3．3 PMEM驱动的加载

3．3．4 PMEM设备使用简介

3．4 GPU驱动优化

3．4．1 Oprofile工具介绍

3．4．2 GPU驱动瓶颈分析

3．4．3 UniCore32地址空间管理

3．4．4 传统内核态用户态数据交互技术

3．4．5 内核态用户态数据交互技术的优化

3．5 本章小结

第四章 本地框架层的图形硬件加速技术的实现与优化

4．1 Gralloc图形显示内存分配模块的实现

4．1．1 Framebuffer驱动接口

4．1．2 PMEM设备访问接口

4．1．3 PMEM空间分配策略

4．2 Copybit块拷贝模块的实现

4．2．1 Copybit模块硬件要求

4．2．2 2D硬件加速单元介绍

4．2．3 Copybit模块结构分析

4．2．4 Copybit模块操作接口的实现

4．2．5 Copybit模块接口的打开

4．3 Skia图形库优化

4．3．1 Skia图形库性能瓶颈定位

4．3．2 矩形搬运函数分析

4．3．3 矩形搬运函数的硬件加速优化

4．3．4 矩形搬运操作硬件加速的具体实现

4．4 本章小结

第五章 图形系统性能测试及分析

5．1 测试软件

5．1．1 DirectFB

5．1．2 Oxbenchmark

5．2 内核层GPU驱动优化效果测试数据

5．3 本地框架层硬件加速技术测试数据

5．3．1 Copybit技术的测试数据

5．3．2 Skia图形库优化测试数据

5．4 多平台结果对比

5．4．1 对比测试平台

5．4．2 对比结果

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介