Android系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)畫(huà)面顯示過(guò)程分析 |
發(fā)布時(shí)間: 2012/8/30 17:29:52 |
好幾個(gè)月都沒(méi)有更新過(guò)博客了,從今天開(kāi)始,老羅將嘗試對(duì)Android系統(tǒng)的UI實(shí)現(xiàn)作一個(gè)系統(tǒng)的分析,也算是落實(shí)之前所作出的承諾。提到Android系統(tǒng)的UI,我們最先接觸到的便是系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中所出現(xiàn)的畫(huà)面了。Android系統(tǒng)在啟動(dòng)的過(guò)程中,最多可以出現(xiàn)三個(gè)畫(huà)面,每一個(gè)畫(huà)面都用來(lái)描述一個(gè)不同的啟動(dòng)階段。本文將詳細(xì)分析這三個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面的顯示過(guò)程,以便可以開(kāi)啟我們對(duì)Android系統(tǒng)UI實(shí)現(xiàn)的分析之路。
第一個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面是在內(nèi)核啟動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)的,它是一個(gè)靜態(tài)的畫(huà)面。第二個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面是在init進(jìn)程啟動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)的,它也是一個(gè)靜態(tài)的畫(huà)面。第三個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面是在系統(tǒng)服務(wù)啟動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)的,它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫(huà)面。無(wú)論是哪一個(gè)畫(huà)面,它們都是在一個(gè)稱為幀緩沖區(qū)(frame buffer,簡(jiǎn)稱fb)的硬件設(shè)備上進(jìn)行渲染的。接下來(lái),我們就分別分析這三個(gè)畫(huà)面是如何在fb上顯示的。
1. 第一個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面的顯示過(guò)程
Android系統(tǒng)的第一個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面其實(shí)是Linux內(nèi)核的啟動(dòng)畫(huà)面。在默認(rèn)情況下,這個(gè)畫(huà)面是不會(huì)出現(xiàn)的,除非我們?cè)诰幾g內(nèi)核的時(shí)候,啟用以下兩個(gè)編譯選項(xiàng):
CONFIG_FRAMEBUFFER_CONSOLE
CONFIG_LOGO
第一個(gè)編譯選項(xiàng)表示內(nèi)核支持幀緩沖區(qū)控制臺(tái),它對(duì)應(yīng)的配置菜單項(xiàng)為:Device Drivers ---> Graphics support ---> Console display driver support ---> Framebuffer Console support。第二個(gè)編譯選項(xiàng)表示內(nèi)核在啟動(dòng)的過(guò)程中,需要顯示LOGO,它對(duì)應(yīng)的配置菜單項(xiàng)為:Device Drivers ---> Graphics support ---> Bootup logo。配置Android內(nèi)核編譯選項(xiàng)可以參考在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新內(nèi)核源代碼(Linux Kernel)一文。
幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備在內(nèi)核中有一個(gè)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序模塊fbmem,它實(shí)現(xiàn)在文件kernel/goldfish/drivers/video/fbmem.c中,它的初始化函數(shù)如下所示:
這個(gè)函數(shù)首先調(diào)用函數(shù)proc_create在/proc目錄下創(chuàng)建了一個(gè)fb文件,接著又調(diào)用函數(shù)register_chrdev來(lái)注冊(cè)了一個(gè)名稱為fb的字符設(shè)備,最后調(diào)用函數(shù)class_create在/sys/class目錄下創(chuàng)建了一個(gè)graphics目錄,用來(lái)描述內(nèi)核的圖形系統(tǒng)。
模塊fbmem除了會(huì)執(zhí)行上述初始化工作之外,還會(huì)導(dǎo)出一個(gè)函數(shù)register_framebuffer:
這個(gè)函數(shù)在內(nèi)核的啟動(dòng)過(guò)程會(huì)被調(diào)用,以便用來(lái)執(zhí)行注冊(cè)幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的操作,它的實(shí)現(xiàn)如下所示:
由于系統(tǒng)中可能會(huì)存在多個(gè)幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備,因此,fbmem模塊使用一個(gè)數(shù)組registered_fb保存所有已經(jīng)注冊(cè)了的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備,其中,每一個(gè)幀緩沖區(qū)硬件都是使用一個(gè)結(jié)構(gòu)體fb_info來(lái)描述的。
我們知道,在Linux內(nèi)核中,每一個(gè)硬件設(shè)備都有一個(gè)主設(shè)備號(hào)和一個(gè)從設(shè)備號(hào),它們用來(lái)唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)硬件設(shè)備。對(duì)于幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備來(lái)說(shuō),它們的主設(shè)備號(hào)定義為FB_MAJOR(29),而從設(shè)備號(hào)則與注冊(cè)的順序有關(guān),它們的值依次等于0,1,2等。
每一個(gè)被注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備在/dev/graphics目錄下都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件fb<minor>,其中,<minor>表示一個(gè)從設(shè)備號(hào)。例如,第一個(gè)被注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備在/dev/graphics目錄下都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件fb0。用戶空間的應(yīng)用程序通過(guò)這個(gè)設(shè)備文件就可以操作幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備了,即將要顯示的畫(huà)面渲染到幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備上去。
這個(gè)函數(shù)最后會(huì)通過(guò)調(diào)用函數(shù)fb_notifier_call_chain來(lái)通知幀緩沖區(qū)控制臺(tái),有一個(gè)新的幀緩沖區(qū)設(shè)備被注冊(cè)到內(nèi)核中來(lái)了。
幀緩沖區(qū)控制臺(tái)在內(nèi)核中對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序模塊為fbcon,它實(shí)現(xiàn)在文件kernel/goldfish/drivers/video/console/fbcon.c中,它的初始化函數(shù)如下所示:
這個(gè)函數(shù)除了會(huì)調(diào)用函數(shù)device_create來(lái)創(chuàng)建一個(gè)類別為graphics的設(shè)備fbcon之外,還會(huì)調(diào)用函數(shù)fb_register_client來(lái)監(jiān)聽(tīng)?zhēng)彌_區(qū)硬件設(shè)備的注冊(cè)事件,這是由函數(shù)fbcon_event_notify來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如下所示:
幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的注冊(cè)事件最終是由函數(shù)fbcon_fb_registered來(lái)處理的,它的實(shí)現(xiàn)如下所示:
函數(shù)fbcon_select_primary用來(lái)檢查當(dāng)前注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備是否是一個(gè)主幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備。如果是的話,那么就將它的信息記錄下來(lái)。這個(gè)函數(shù)只有當(dāng)指定了CONFIG_FRAMEBUFFER_CONSOLE_DETECT_PRIMARY編譯選項(xiàng)時(shí)才有效,否則的話,它是一個(gè)空函數(shù)。
在Linux內(nèi)核中,每一個(gè)控制臺(tái)和每一個(gè)幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備都有一個(gè)從0開(kāi)始的編號(hào),它們的初始對(duì)應(yīng)關(guān)系保存在全局?jǐn)?shù)組con2fb_map_boot中?刂婆_(tái)和幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的初始對(duì)應(yīng)關(guān)系是可以通過(guò)設(shè)置內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)來(lái)初始化的。在模塊fbcon中,還有另外一個(gè)全局?jǐn)?shù)組con2fb_map,也是用來(lái)映射控制臺(tái)和幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系,不過(guò)它映射的是控制臺(tái)和幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系。
全局變量first_fb_vc和last_fb_vc是全局?jǐn)?shù)組con2fb_map_boot和con2fb_map的索引值,用來(lái)指定系統(tǒng)當(dāng)前可用的控制臺(tái)編號(hào)范圍,它們也是可以通過(guò)設(shè)置內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)來(lái)初始化的。全局變量first_fb_vc的默認(rèn)值等于0,而全局變量last_fb_vc的默認(rèn)值等于MAX_NR_CONSOLES - 1。
全局變量info_idx表示系統(tǒng)當(dāng)前所使用的幀緩沖區(qū)硬件的編號(hào)。如果它的值等于-1,那么就說(shuō)明系統(tǒng)當(dāng)前還沒(méi)有設(shè)置好當(dāng)前所使用的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備。在這種情況下,函數(shù)fbcon_fb_registered就會(huì)在全局?jǐn)?shù)組con2fb_map_boot中檢查是否存在一個(gè)控制臺(tái)編號(hào)與當(dāng)前所注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的編號(hào)idx對(duì)應(yīng)。如果存在的話,那么就會(huì)將當(dāng)前所注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備編號(hào)idx保存在全局變量info_idx中。接下來(lái)還會(huì)調(diào)用函數(shù)fbcon_takeover來(lái)初始化系統(tǒng)所使用的控制臺(tái)。在調(diào)用函數(shù)fbcon_takeover的時(shí)候,傳進(jìn)去的參數(shù)為1,表示要顯示第一個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面。
如果全局變量info_idx的值不等于-1,那么函數(shù)fbcon_fb_registered同樣會(huì)在全局?jǐn)?shù)組con2fb_map_boot中檢查是否存在一個(gè)控制臺(tái)編號(hào)與當(dāng)前所注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的編號(hào)idx對(duì)應(yīng)。如果存在的話,那么就會(huì)調(diào)用函數(shù)set_con2fb_map來(lái)調(diào)整當(dāng)前所注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備與控制臺(tái)的映射關(guān)系,即調(diào)整數(shù)組con2fb_map_boot和con2fb_map的值。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),我們假設(shè)系統(tǒng)只有一個(gè)幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備,這樣當(dāng)它被注冊(cè)的時(shí)候,全局變量info_idx的值就會(huì)等于-1。當(dāng)函數(shù)fbcon_fb_registered在全局?jǐn)?shù)組con2fb_map_boot中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)控制臺(tái)的編號(hào)與這個(gè)幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的編號(hào)idx對(duì)應(yīng)時(shí),接下來(lái)就會(huì)調(diào)用函數(shù)fbcon_takeover來(lái)設(shè)置系統(tǒng)所使用的控制臺(tái)。
函數(shù)fbcon_takeover的實(shí)現(xiàn)如下所示:
全局變量logo_shown的初始值為FBCON_LOGO_CANSHOW,表示可以顯示第一個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面。但是當(dāng)參數(shù)show_logo的值等于0的時(shí)候,全局變量logo_shown的值會(huì)被重新設(shè)置為FBCON_LOGO_DONTSHOW,表示不可以顯示第一個(gè)開(kāi)機(jī)畫(huà)面。
中間的for循環(huán)將當(dāng)前可用的控制臺(tái)的編號(hào)都映射到當(dāng)前正在注冊(cè)的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備的編號(hào)info_idx中去,表示當(dāng)前可用的控制臺(tái)與緩沖區(qū)硬件設(shè)備的實(shí)際映射關(guān)系。
函數(shù)take_over_console用來(lái)初始化系統(tǒng)當(dāng)前所使用的控制臺(tái)。如果它的返回值不等于0,那么就表示初始化失敗。在這種情況下,最后的for循環(huán)就會(huì)將全局?jǐn)?shù)組con2fb_map的各個(gè)元素的值設(shè)置為-1,表示系統(tǒng)當(dāng)前可用的控制臺(tái)還沒(méi)有映射到實(shí)際的幀緩沖區(qū)硬件設(shè)備中去。這時(shí)候全局變量info_idx的值也會(huì)被重新設(shè)置為-1。
調(diào)用函數(shù)take_over_console來(lái)初始化系統(tǒng)當(dāng)前所使用的控制臺(tái),實(shí)際上就是向系統(tǒng)注冊(cè)一系列回調(diào)函數(shù),以便系統(tǒng)可以通過(guò)這些回調(diào)函數(shù)來(lái)操作當(dāng)前所使用的控制臺(tái)。這些回調(diào)函數(shù)使用結(jié)構(gòu)體consw來(lái)描述。這里所注冊(cè)的結(jié)構(gòu)體consw是由全局變量fb_con來(lái)指定的,它的定義如下所示:
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