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硬件合成HWC2

Hardware Composer HAL (HWC) 是 SurfaceFlinger 用來將 Surface 合成到屏幕。HWC 可以抽象出疊加層和 2D 位塊傳送器等，其主要是幫忙GPU完成一些工作。

SurfaceFlinger是一個系統服務，其作用是接受來自多個源的Buffer數據，對它們進行合成，然后發送到顯示設備進行顯示。在之前的Android版本中，顯示基本都是基于硬件的FrameBuffer來實現的，例如/dev/graphics/fb0，但是在后來的版本中，實現可以多樣化了，比如高通采用SDM，其他有些平臺采用ADF，DRM等。

SurfaceFlinger和HWC的相關配合，實現Android系統的合成與顯示～

SurfaceFlinger概述

大多數應用通常在屏幕上有三個層：屏幕頂部的狀態欄、底部或側面的導航欄以及應用的界面。有些應用會擁有更多或更少的層（例如，默認主屏幕應用有一個單獨的壁紙層，而全屏游戲可能會隱藏狀態欄）。每個層都可以單獨更新。狀態欄和導航欄由系統進程渲染，而應用層由應用渲染，兩者之間不進行協調。

下面我們通過一張圖，來進行說明：

Android顯示系統

從上圖，我們可以看出，在長按Power鍵，彈出關機對話框時，有4層Layer，可以立即為有4個窗口。4個窗口經過SurfaceFlinger進行合成后，再送到顯示器進行顯示。

我們來看看SurfaceFlinger的類定義：

class SurfaceFlinger : public BnSurfaceComposer,
                       public PriorityDumper,
                       private IBinder::DeathRecipient,
                       private HWC2::ComposerCallback
{

SurfaceFlinger繼承BnSurfaceComposer，實現ISurfaceComposer接口。實現ComposerCallback。PriorityDumper是一個輔助類，主要提供SurfaceFlinger的信息dump，并提供信息的分離和格式設置。

• ** ISurfaceComposer接口實現**
  ISurfaceComposer是提供給上層Client端的接口，ISurfaceComposer接口包括：

* frameworks/native/libs/gui/include/gui/ISurfaceComposer.h

    enum {
        // Note: BOOT_FINISHED must remain this value, it is called from
        // Java by ActivityManagerService.
        BOOT_FINISHED = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION,
        CREATE_CONNECTION,
        UNUSED, // formerly CREATE_GRAPHIC_BUFFER_ALLOC
        CREATE_DISPLAY_EVENT_CONNECTION,
        CREATE_DISPLAY,
        DESTROY_DISPLAY,
        GET_BUILT_IN_DISPLAY,
        SET_TRANSACTION_STATE,
        AUTHENTICATE_SURFACE,
        GET_SUPPORTED_FRAME_TIMESTAMPS,
        GET_DISPLAY_CONFIGS,
        GET_ACTIVE_CONFIG,
        SET_ACTIVE_CONFIG,
        CONNECT_DISPLAY,
        CAPTURE_SCREEN,
        CAPTURE_LAYERS,
        CLEAR_ANIMATION_FRAME_STATS,
        GET_ANIMATION_FRAME_STATS,
        SET_POWER_MODE,
        GET_DISPLAY_STATS,
        GET_HDR_CAPABILITIES,
        GET_DISPLAY_COLOR_MODES,
        GET_ACTIVE_COLOR_MODE,
        SET_ACTIVE_COLOR_MODE,
        ENABLE_VSYNC_INJECTIONS,
        INJECT_VSYNC,
        GET_LAYER_DEBUG_INFO,
        CREATE_SCOPED_CONNECTION
    };

ISurfaceComposer的接口在SurfaceFlinger中都有對應的方法實現。Client端通過Binder調到SurfaceFlinger中。前面我們已經說過上層怎么獲取Display的信息，其實現就是SurfaceFlinger中的getDisplayConfigs函數。其他的類似，根據上面Binder的command去找對應的實現。

• ComposerCallback接口實現
  ComposerCallback是HWC2的callback接口，包括以下接口：

class ComposerCallback {
 public:
    virtual void onHotplugReceived(int32_t sequenceId, hwc2_display_t display,
                                   Connection connection,
                                   bool primaryDisplay) = 0;
    virtual void onRefreshReceived(int32_t sequenceId,
                                   hwc2_display_t display) = 0;
    virtual void onVsyncReceived(int32_t sequenceId, hwc2_display_t display,
                                 int64_t timestamp) = 0;
    virtual ~ComposerCallback() = default;
};

callback提供了注冊接口，registerCallback，在SurfaceFlinger初始化時，注冊：

void SurfaceFlinger::init() {
    ... ...

    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mVrFlingerRequestsDisplay,
            "Starting with vr flinger active is not currently supported.");
    getBE().mHwc.reset(new HWComposer(getBE().mHwcServiceName));
    getBE().mHwc->registerCallback(this, getBE().mComposerSequenceId);

registerCallback時的this就是SurfaceFlinger對ComposerCallback接口的實現。

• onHotplugReceived
  熱插拔事件的回調，顯示屏幕連接或斷開時回調。Surfaceflinger中實現的方法為SurfaceFlinger::onHotplugReceived。這塊邏輯，我們稍后介紹。

• onRefreshReceived
  接收底層HWComposer的刷新請求，實現方法如下：

void SurfaceFlinger::onRefreshReceived(int sequenceId,
                                       hwc2_display_t /*display*/) {
    Mutex::Autolock lock(mStateLock);
    if (sequenceId != getBE().mComposerSequenceId) {
        return;
    }
    repaintEverythingLocked();
}

void SurfaceFlinger::repaintEverythingLocked() {
    android_atomic_or(1, &mRepaintEverything);
    signalTransaction();
}

在repaintEverythingLocked中，注意這里的mRepaintEverything，repaintEverythingLocked的值為1。signalTransaction將觸發一次刷新，重新進行合成顯示。

重新繪制，說明底層配置，參數等有變動，SurfaceFlinger前面給的數據不能用，得重新根據變動后的配置進行進行合成，給適合當前配置的顯示數據。

• onVsyncReceived
  Vsync事件上報，接收底層硬件上報的垂直同步信號。

需要注意的是，這里收到的熱插拔和Vsync回調，又將被封裝為事件的形式再通知出去，這是回話，后續介紹。

• 顯示周期Vsync

設備顯示會按一定速率刷新，在手機和平板電腦上通常為每秒 60 幀。如果顯示內容在刷新期間更新，則會出現撕裂現象；因此，請務必只在周期之間更新內容。在可以安全更新內容時，系統便會收到來自顯示設備的信號。由于歷史原因，我們將該信號稱為 VSYNC 信號。

刷新率可能會隨時間而變化，例如，一些移動設備的刷新率范圍在 58 fps 到 62 fps 之間，具體要視當前條件而定。對于連接了 HDMI 的電視，刷新率在理論上可以下降到 24 Hz 或 48 Hz，以便與視頻相匹配。由于每個刷新周期只能更新屏幕一次，因此以 200 fps 的刷新率為顯示設備提交緩沖區只是在做無用功，因為大多數幀永遠不會被看到。SurfaceFlinger 不會在應用提交緩沖區時執行操作，而是在顯示設備準備好接收新的緩沖區時才會喚醒。

當 VSYNC 信號到達時，SurfaceFlinger 會遍歷它的層列表，以尋找新的緩沖區。如果找到新的緩沖區，它會獲取該緩沖區；否則，它會繼續使用以前獲取的緩沖區。SurfaceFlinger 總是需要可顯示的內容，因此它會保留一個緩沖區。如果在某個層上沒有提交緩沖區，則該層會被忽略。

• 合成方式

目前SurfaceFlinger中支持兩種合成方式，一種是Device合成，一種是Client合成。SurfaceFlinger 在收集可見層的所有緩沖區之后，便會詢問 Hardware Composer 應如何進行合成。

• Client合成
  Client合成方式是相對與硬件合成來說的，其合成方式是，將各個Layer的內容用GPU渲染到暫存緩沖區中，最后將暫存緩沖區傳送到顯示硬件。這個暫存緩沖區，我們稱為FBTarget，每個Display設備有各自的FBTarget。Client合成，之前稱為GLES合成，我們也可以稱之為GPU合成。Client合成，采用RenderEngine進行合成。

• Device合成
  就是用專門的硬件合成器進行合成HWComposer，所以硬件合成的能力就取決于硬件的實現。其合成方式是將各個Layer的數據全部傳給顯示硬件，并告知它從不同的緩沖區讀取屏幕不同部分的數據。HWComposer是Devicehec的抽象。

所以，整個顯示系統的數據流如下圖所示，此圖來源于Androd 官網：

Android顯示系統數據流圖

GPU合成后數據，作為一個特殊的Layer，傳給顯示硬件。

• dump信息
  dump信息是很好的一個調試手段，dump命令 如下：

adb shell dumpsys SurfaceFlinger

比如，我們通過dump，就可以知道當前有那些Layer，都用什么合成方式

Display 0 HWC layers:
-------------------------------------------------------------------------------
 Layer name
           Z |  Comp Type |   Disp Frame (LTRB) |          Source Crop (LTRB)
-------------------------------------------------------------------------------
 com.android.settings/com.android.settings.Settings#0
       21005 |     Client |    0    0  480  800 |    0.0    0.0  480.0  800.0
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
 StatusBar#0
      181000 |     Client |    0    0  480   36 |    0.0    0.0  480.0   36.0
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

此時，有兩個Layer，采用Client合成方式。

• 后端SurfaceFlingerBE
  SurfaceFlingerBE是Android P上新分離出來的，沒有太多信息，從目前的定義來看是將SurfaceFlinger分離為前端和后端，這里的SurfaceFlingerBE就是后端，現在的SurfaceFlinger充當前端的角色。后端SurfaceFlingerBE主要就是和底層合成打交道，前端和上層進行交互。在后續的版本中，更多的邏輯會被移到后端中。

• 消息隊列和主線程
  和應用進程類似，SurfaceFlinger也有一個主線程，SurfaceFlinger的主線程主要進行顯示數據的處理，也就是合成。SurfaceFlinger是一個服務，將會響應上層的很多請求，各個進程的請求都在SurfaceFlinger的各個Binder線程中，如果線程很耗時，那么應用端就會被block，顯示也會被block。主線程就是將他們分離開來，各干各的事。

SurfaceFlinger還有很多邏輯，我們先來看看SurfaceFlinger相關的類，接下再來我們一下進行介紹。

SurfaceFlinger相關類圖

其他的都好理解，有兩個地方需要注意：
1.SurfaceFlinger有兩個狀態，Layer也有兩個狀態，一個mCurrentState，一個mDrawingState。注意這里State類定義是不一樣的。
2.兩個EventThread，一個是給SurfaceFlinger本身用，一個是為了給應用分發事件的。

void SurfaceFlinger::init() {
    ... ...
    sp<VSyncSource> vsyncSrc =
            new DispSyncSource(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::vsyncPhaseOffsetNs, true, "app");
    mEventThread = new EventThread(vsyncSrc, *this, false);
    sp<VSyncSource> sfVsyncSrc =
            new DispSyncSource(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::sfVsyncPhaseOffsetNs, true, "sf");
    mSFEventThread = new EventThread(sfVsyncSrc, *this, true);
    mEventQueue.setEventThread(mSFEventThread);

VSyncSources 是Vsync的源，并不是每一個Vsync信號都是從底層硬件上報的，平時的Vsync都是VSyncSources分發出來的，VSyncSources定期會和底層的Vsync進行同步，確保和底層屏幕新的步調一致。

HWC2 概述

Android 7.0 包含新版本的 HWC (HWC2)，Android需要自行配置，到Android 8.0，HWC2正式開啟，且版本升級為2.1版本。HWC2是 SurfaceFlinger 用來與專門的窗口合成硬件進行通信。SurfaceFlinger 包含使用 3D 圖形處理器 (GPU) 執行窗口合成任務的備用路徑，但由于以下幾個原因，此路徑并不理想：

• 通常，GPU 未針對此用例進行過優化，因此能耗可能要大于執行合成所需的能耗。
• 每次 SurfaceFlinger 使用 GPU 進行合成時，應用都無法使用處理器進行自我渲染，因此應盡可能使用專門的硬件而不是 GPU 進行合成。

下面是GPU和HWC兩種方式的優劣對比：

所以，HWC的設計最好遵循一些基本的規則～

HWC 常規準則

由于 Hardware Composer 抽象層后的物理顯示設備硬件可因設備而異，因此很難就具體功能提供建議。一般來說，請遵循以下準則：

• HWC 應至少支持 4 個疊加層（狀態欄、系統欄、應用和壁紙/背景）。
• 層可以大于屏幕，因此 HWC 應能處理大于顯示屏的層（例如壁紙）。
• 應同時支持預乘每像素 Alpha 混合和每平面 Alpha 混合。
• HWC 應能處理 GPU、相機和視頻解碼器生成的相同緩沖區，因此支持以下某些屬性很有幫助：
  • RGBA 打包順序
  • YUV 格式
  • Tiling, swizzling和步幅屬性
• 為了支持受保護的內容，必須提供受保護視頻播放的硬件路徑。

Tiling，翻譯過來就沒有原文的意味了，說白了，就是將image進行切割，切成MxN的小塊，最后用的時候，再將這些小塊拼接起來，就像鋪瓷磚一樣。

swizzling，比Tiling難理解點，它是一種拌和技術，這是向量的單元可以被任意地重排或重復，見過的hwc代碼寫的都比較隱蔽，沒有見多處理的地方。

HWC專注于優化，智能地選擇要發送到疊加硬件的 Surface，以最大限度減輕 GPU 的負載。另一種優化是檢測屏幕是否正在更新；如果不是，則將合成委托給 OpenGL 而不是 HWC，以節省電量。當屏幕再次更新時，繼續將合成分載到 HWC。

為常見用例做準備，如：

• 縱向和橫向模式下的全屏游戲
• 帶有字幕和播放控件的全屏視頻
• 主屏幕（合成狀態欄、系統欄、應用窗口和動態壁紙）
• 受保護的視頻播放
• 多顯示設備支持

HWC2 框架

從Android 8.0開始的Treble項目，對Android的架構做了重大的調整，讓制造商以更低的成本更輕松、更快速地將設備更新到新版 Android 系統。這就對 HAL 層有了很大的調整，利用提供給Vendor的接口，將Vendor的實現和Android上層分離開來。

這樣的架構讓HWC的架構也變的復雜，HWC屬于Binderized的HAL類型。Binderized類型的HAL，將上層Androd和底層HAL分別采用兩個不用的進程實現，中間采用Binder進行通信，為了和前面的Binder進行區別，這里采用HwBinder。

因此，我們可以將HWC再進行劃分，可以分為下面這幾個部分（空間Space），如下圖：

HWC2實現

• Client端
  Client也就是SurfaceFlinger，不過SurfaceFlinger采用前后端的設計，以后和HWC相關的邏輯應該都會放到SurfaceFlinger后端也就是SurfaceFlingerBE中。代碼位置：

frameworks/native/services/surfaceflinger

• HWC2 Client端
  這一部分屬于SurfaceFlinger進程，其直接通過Binder通信，和HWC2的HAL Server交互。這部分的代碼也在SurfaceFlinger進程中，但是采用Hwc2的命名空間。

• HWC Server端
  這一部分還是屬于Android的系統，這里將建立一個進程，實現HWC的服務端，Server端再調底層Vendor的具體實現。并且，對于底層合成的實現不同，這里會做一些適配，適配HWC1.x，和FrameBuffer的實現。這部分包含三部分：接口，實現和服務，以動態庫的形式存在：

android.hardware.graphics.composer@2.1.so
android.hardware.graphics.composer@2.1-impl.so
android.hardware.graphics.composer@2.1-service.so

代碼位置：

hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/default

• HWC Vendor的實現
  這部分是HWC的具體實現，這部分的實現由硬件廠商完成。比如高通平臺，代碼位置一般為：

hardware/qcom/display

需要注意的是，HWC必須采用Binderized HAL模式，但是，并沒有要求一定要實現HWC2的HAL版本。HWC2的實現需要配置，以Android 8.0為例：

1. 添加宏定義 TARGET_USES_HWC2
2. 編譯打包HWC2相關的so庫
3. SeLinux相關的權限添加
4. 配置manifest.xml

     <hal format="hidl">
        <name>android.hardware.graphics.composer</name>
        <transport>hwbinder</transport>
        <version>2.1</version>
        <interface>
            <name>IComposer</name>
            <instance>default</instance>
        </interface>
    </hal>

基于上面的劃分，我們來看看HWC2相關的類圖：

HWC2相關類圖

下面我們將詳細來看！

HWC2 數據結構

HWC2 中提供了幾個數據結構來描述合成以及可以顯示設備的就交互，比如圖層（Layer），顯示屏（Display）。HWC2的一些常用接口定義在頭文件hwcomposer2.h中：

hardware/libhardware/include/hardware
    ├── hwcomposer2.h
    ├── hwcomposer_defs.h
    └── hwcomposer.h

hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/types.hal

另外一些共用的數據定義是HAL的接口中：

hardware/interfaces/graphics/common/1.0
    ├── Android.bp
    └── types.hal

當然，SurfaceFlinger中有很多相關的數據結構：

frameworks/native/services/surfaceflinger

圖層Layer

圖層（Layer）是合成的最重要單元；每個圖層都有一組屬性，用于定義它與其他層的交互方式。Layer在每一層中的代碼的實現不一樣，基本上Laye的理念都是一樣的。

SurfaceFlinger中定義了Layer，相關的類如下：

frameworks/native/services/surfaceflinger
├── Layer.h
├── Layer.cpp
├── ColorLayer.h
├── ColorLayer.cpp
├── BufferLayer.h
└── BufferLayer.cpp
  

HWC2中定義了HWC2::Layer：

frameworks/native/services/surfaceflinger/DisplayHardware
├── HWC2.h
└── HWC2.cpp

在HAL中實現時，定義為hwc2_layer_t，這是在頭文件hwcomposer2.h中定義的

typedef uint64_t hwc2_layer_t;

HIDL中定義為Layer，這個Layer其實和hwc2_layer_t是一樣的：

typedef uint64_t Layer;

都是Layer，但是在具體的代碼中要具體區分。

類型

Android中的 圖層按照有沒有Buffer分，有兩種類型的Layer：BufferLayer和ColorLayer。這也是Android實現中時，代碼實現時，采用的方式。

圖層Layer類型

• BufferLayer 顧名思義，就是有Buffer的Layer，需要上層應用Producer去生產。

• ColorLayer 可以繪制一種制定的顏色，和制定的透明度Alpha。它是取代之前的Dim Layer的，可以設置任何的顏色只，而不只是黑色。

按照數據格式分，可以分為RGB Layer，YUV Layer。

• RGB Layer
  Buffer是RGB格式，比較常見的就是UI界面的數據。

• YUV Layer
  Buffer是YUV類型的，平常播放Video，Camera預覽等，都是YUV類型的。

屬性

Layer的屬性定義它與其他層的關系，和顯示屏的關系等。Layer包括的屬性類別如下：

• 位置屬性。
  定義層在其顯示設備上的顯示位置。包括層邊緣的位置及其相對于其他層的 Z-Order（指示該層在其他層之前還是之后）等信息。Layer中為實現這一點，定義了除了z-order外，定義了很多個區域Region：

* frameworks/native/services/surfaceflinger/Layer.h

class Layer : public virtual RefBase {
    ... ...
public:
    ... ...
    // regions below are in window-manager space
    Region visibleRegion;
    Region coveredRegion;
    Region visibleNonTransparentRegion;
    Region surfaceDamageRegion;

Region中，是很多Rect的集合。簡言之，一個Layer的visibleRegion可能是幾個Rect的集合，其間的關系如下圖：

圖層Layer區域

SurfaceFlinger中定義的Region都是上層傳下來的，在WindowManager空間。而在HWC中，用下面的結構描述：

typedef struct hwc_frect {
    float left;
    float top;
    float right;
    float bottom;
} hwc_frect_t;

typedef struct hwc_rect {
    int left;
    int top;
    int right;
    int bottom;
} hwc_rect_t;

typedef struct hwc_region {
    size_t numRects;
    hwc_rect_t const* rects;
} hwc_region_t;

另外，在SurfaceFlinger中，還定義了一個重要的結構，Transform。Transform就是變換矩陣，它是一個3x3的矩陣。相關類的關系如下：

Transform類圖

每一個Layer的都有兩個狀態：mCurrentState和mDrawingState，mCurrentState是給SurfaceFlinger的前端準備數據，mDrawingState是給將數據給到合成；每個狀態有兩個Geometry的描述requested和active，requested是上層請求的，active是當前正在用的；每個Geometry中，有一個Transform矩陣，一個Transform包含一個mat33的整列。

Transform中，其實包含兩部分，一部分是位置Postion，另外一部分才是真正的2D的變換矩陣。通過下面兩個函數設置。

* frameworks/native/services/surfaceflinger/Transform.cpp

void Transform::set(float tx, float ty)
{
    mMatrix[2][0] = tx;
    mMatrix[2][1] = ty;
    mMatrix[2][2] = 1.0f;

    if (isZero(tx) && isZero(ty)) {
        mType &= ~TRANSLATE;
    } else {
        mType |= TRANSLATE;
    }
}

void Transform::set(float a, float b, float c, float d)
{
    mat33& M(mMatrix);
    M[0][0] = a;    M[1][0] = b;
    M[0][1] = c;    M[1][1] = d;
    M[0][2] = 0;    M[1][2] = 0;
    mType = UNKNOWN_TYPE;
}

這兩個函數對應Layer中的setPosition和setMatrix函數；這是上層WindowManager設置下來的。

• 內容屬性。定義顯示內容如何呈現，顯示的內容也就是Buffer。
  Layer的顯示，除了前面說道的幾個區域描述，很有很多結構進一步的描述才能最終顯示出來。包括諸如剪裁（用來擴展內容的一部分以填充層的邊界）和轉換（用來顯示旋轉或翻轉的內容）等信息。HWCInfo結構體中 包括了一些這些信息：

* frameworks/native/services/surfaceflinger/Layer.h

    struct HWCInfo {
        HWCInfo()
              : hwc(nullptr),
                layer(nullptr),
                forceClientComposition(false),
                compositionType(HWC2::Composition::Invalid),
                clearClientTarget(false) {}

        HWComposer* hwc;
        HWC2::Layer* layer;
        bool forceClientComposition;
        HWC2::Composition compositionType;
        bool clearClientTarget;
        Rect displayFrame;
        FloatRect sourceCrop;
        HWComposerBufferCache bufferCache;
    };

怎么理解這里的sourceCrop和 displayFrame？
如果再加上可見區域visibleRegion呢？
再加上damageRegion呢？
還有Transform呢？

我們來個神圖，讓你一下子就能明白：

Android顯示區域間的關系

看圖說話：

1. Layer區域和屏幕區域，就是Layer和屏幕本身的大小區域

2. sourceCrop 剪切區域。
   sourceCrop是對Layer進行剪切的，值截取部分Layer的內容進行顯示；sourceCrop不超過Layer的大小，超過沒有意義。

3. displayFrame 顯示區域。
   displayFrame表示Layer在屏幕上的顯示區域，具體說來，是sourceCrop區域在顯示屏上的顯示區域。displayFrame一般來說，小于屏幕的區域。而displayFrame可能比sourceCrop大，可能小，這都是正常的，只是需要做縮放，這就是合成時需要處理的。

4. visibleRegion 可見區域。
   displayFrame 區域不一定都能看到的，如果存在上層Layer，那么displayFrame區域可能部分或全部被蓋住，displayFrame沒有被蓋住的部分就是可見區域visibleRegion。

5. damageRegion 受損區域，或者稱之為更新區域。
   damageRegion表示Layer內容被破壞的區域，也就是說這部分區域的內容變了，所以這個屬性一般是和上一幀相比時才有意義。這算是對合成的一種優化，重新合成時，我們只去合成damageRegion區域，其他的可見區域還是用的上一幀的數據。

6. visibleNonTransparentRegion 可見非透明區域。
   透明區域transparentRegion是可見區域visibleRegion的一部分，只是這一部分透明的看到的是底層Layer的內容。在SurfaceFlinger的Layer中定義visibleNonTransparentRegion，表示可見而又不透明的部分。

7. coveredRegion 被覆蓋的區域。
   表示Layer被TopLayer覆蓋的區域，一看圖就很好理解。從圖中，你可以簡單的認為是displayFrame和TopLayer區域重合的部分。

注意, 這里之所以說簡單的認為，這是因為HWC空間的區域大小是SurfaceFlinger空間的區域經過縮放，經過Transform旋轉，移動等后才得出的，要是混淆了就理解不對了。

• 合成屬性。定義層應如何與其他層合成。包括混合模式和用于 Alpha 合成的全層 Alpha 值等信息。
  總的說來，合成分為兩個大類：GPU合成，HWC合成。根據具體的情況，分為下列幾類：

* hardware/libhardware/include/hardware/hwcomposer2.h

enum class Composition : int32_t {
    Invalid = HWC2_COMPOSITION_INVALID,
    Client = HWC2_COMPOSITION_CLIENT,
    Device = HWC2_COMPOSITION_DEVICE,
    SolidColor = HWC2_COMPOSITION_SOLID_COLOR,
    Cursor = HWC2_COMPOSITION_CURSOR,
    Sideband = HWC2_COMPOSITION_SIDEBAND,
};

1. Client 相對HWC2硬件合成的概念，主要是處理BufferLayer數據，用GPU處理。
2. Device HWC2硬件設備，主要處理BufferLayer數據，用HWC處理
3. SolidColor 固定顏色合成，主要處理ColorLayer數據，用HWC處理或GPU處理。
4. Cursor 鼠標標識合成，主要處理鼠標等圖標，用HWC處理或GPU處理
5. Sideband Sideband為視頻的邊頻帶，一般需要需要硬件合成器作特殊處理，但是也可以用GPU處理。

在合成信息HWCInfo中，包含成的類型。通過Layer的setCompositionType方法進行指定：

void Layer::setCompositionType(int32_t hwcId, HWC2::Composition type, bool callIntoHwc) {
    ... ...
    auto& hwcInfo = getBE().mHwcLayers[hwcId];
    auto& hwcLayer = hwcInfo.layer;
    ALOGV("setCompositionType(%" PRIx64 ", %s, %d)", hwcLayer->getId(), to_string(type).c_str(),
          static_cast<int>(callIntoHwc));
    if (hwcInfo.compositionType != type) {
        ALOGV("    actually setting");
        hwcInfo.compositionType = type;
        if (callIntoHwc) {
            auto error = hwcLayer->setCompositionType(type);
            ... ...
        }
    }
}

callIntoHwc是否設置到HWC中，默認參數為true。其實確定合成類型分3步，第一步，SurfaceFlinger制定合成類型，callIntoHwc這個時候callIntoHwc為true，將類型制定給HWC。第二步，HWC根據實際情況，看看SurfaceFlinger制定的合成類型能不能執行，如果條件不滿足，做出修改；第三步，SurfaceFlinger根據HWC的修改情況，再做調整，最終確認合成類型，這個時候callIntoHwc參數設置為false。

• 優化屬性。提供一些非必須的參數，以供HWC進行合成的優化。包括層的可見區域以及層的哪個部分自上一幀以來已經更新等信息。也就是前面說到的visibleRegion，damageRegion等。

顯示屏Display

顯示屏Display是合成的另一個重要單元。系統可以具有多個顯示設備，并且在正常系統操作期間可以添加或刪除顯示設備。該添加/刪除可以應 HWC 設備的熱插拔請求，或者應客戶端的請求進行，這允許創建虛擬顯示設備，其內容會渲染到離屏緩沖區（而不是物理顯示設備）。

HWC中，SurfaceFlinger中創建的Layer，在合成開始時，將被指定到每個Display上，此后合成過程中，每個Display合成指定給自己的Layer。

參考前面我們大的類圖：
SurfaceFlinger前端，每個顯示屏，用DisplayDevice類描述，在后端顯示數據用DisplayData描述。而在HWC2的Client端，定義了Display類進行描述。對于HWC2服務端則用hwc2_display_t描述，hwc2_display_t只是一個序號，Vendor具體實現時，才具體的去管理Display的信息。

HWC2 提供相應函數來確定給定顯示屏的屬性，在不同配置（例如 4k 或 1080p 分辨率）和顏色模式（例如native顏色或真彩 sRGB）之間切換，以及打開、關閉顯示設備或將其切換到低功率模式（如果支持）。

HWC設備 composerDevice

一定要注意顯示屏，和合成設備的差別。HWC設備就一個，在頭文件中定義如下：

typedef struct hwc2_device {
    struct hw_device_t common;

    void (*getCapabilities)(struct hwc2_device* device, uint32_t* outCount,
            int32_t* /*hwc2_capability_t*/ outCapabilities);

    hwc2_function_pointer_t (*getFunction)(struct hwc2_device* device,
            int32_t /*hwc2_function_descriptor_t*/ descriptor);
} hwc2_device_t;

在HWC 的Client端，采用Device描述，底層采用hwc2_device_t描述。整個合成服務都是圍繞hwc2_device_t展開的。

除了層和顯示設備之外，HWC2 還提供對硬件垂直同步 (VSYNC) 信號的控制，以及對于客戶端的回調，用于通知它何時發生 vsync 事件。

接口指針

HWC2 頭文件中，HWC 接口函數由 lowerCamelCase 命名慣例 定義，但是這些函數名稱的字段并不實際存在于接口中。相反，幾乎每個函數都是通過使用 hwc2_device_t 提供的 getFunction 請求函數指針來進行加載。例如，函數 createLayer 是一個 HWC2_PFN_CREATE_LAYER 類型的函數指針，當枚舉值 HWC2_FUNCTION_CREATE_LAYER 傳遞到 getFunction 中時便會返回該指針。

接口指針定義在hwcomposer2.h中，基本上都是以HWC2_PFN*開始命名，接口比較多，這里就不貼代碼了。而每個接口，都對應一個接口描述hwc2_function_descriptor_t。hwc2_function_descriptor_t定義如下，就是一個枚舉列表。

/* Function descriptors for use with getFunction */
typedef enum {
    HWC2_FUNCTION_INVALID = 0,
    HWC2_FUNCTION_ACCEPT_DISPLAY_CHANGES,
    HWC2_FUNCTION_CREATE_LAYER,
    HWC2_FUNCTION_CREATE_VIRTUAL_DISPLAY,
    HWC2_FUNCTION_DESTROY_LAYER,
    HWC2_FUNCTION_DESTROY_VIRTUAL_DISPLAY,
    HWC2_FUNCTION_DUMP,
    HWC2_FUNCTION_GET_ACTIVE_CONFIG,
    HWC2_FUNCTION_GET_CHANGED_COMPOSITION_TYPES,
    HWC2_FUNCTION_GET_CLIENT_TARGET_SUPPORT,
    HWC2_FUNCTION_GET_COLOR_MODES,
    HWC2_FUNCTION_GET_DISPLAY_ATTRIBUTE,
    HWC2_FUNCTION_GET_DISPLAY_CONFIGS,
    HWC2_FUNCTION_GET_DISPLAY_NAME,
    HWC2_FUNCTION_GET_DISPLAY_REQUESTS,
    HWC2_FUNCTION_GET_DISPLAY_TYPE,
    HWC2_FUNCTION_GET_DOZE_SUPPORT,
    HWC2_FUNCTION_GET_HDR_CAPABILITIES,
    HWC2_FUNCTION_GET_MAX_VIRTUAL_DISPLAY_COUNT,
    HWC2_FUNCTION_GET_RELEASE_FENCES,
    HWC2_FUNCTION_PRESENT_DISPLAY,
    HWC2_FUNCTION_REGISTER_CALLBACK,
    HWC2_FUNCTION_SET_ACTIVE_CONFIG,
    HWC2_FUNCTION_SET_CLIENT_TARGET,
    HWC2_FUNCTION_SET_COLOR_MODE,
    HWC2_FUNCTION_SET_COLOR_TRANSFORM,
    HWC2_FUNCTION_SET_CURSOR_POSITION,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_BLEND_MODE,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_BUFFER,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_COLOR,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_COMPOSITION_TYPE,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_DATASPACE,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_DISPLAY_FRAME,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_PLANE_ALPHA,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_SIDEBAND_STREAM,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_SOURCE_CROP,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_SURFACE_DAMAGE,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_TRANSFORM,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_VISIBLE_REGION,
    HWC2_FUNCTION_SET_LAYER_Z_ORDER,
    HWC2_FUNCTION_SET_OUTPUT_BUFFER,
    HWC2_FUNCTION_SET_POWER_MODE,
    HWC2_FUNCTION_SET_VSYNC_ENABLED,
    HWC2_FUNCTION_VALIDATE_DISPLAY,
} hwc2_function_descriptor_t;

所以，Vendor的HWC2實現，基本都是這樣，偽代碼：

class VendorComposer2  : public hwc2_device_t {
    ... ...
    static void GetCapabilities(struct hwc2_device *device, uint32_t *outCount, int32_t *outCapabilities);
    static hwc2_function_pointer_t GetFunction(struct hwc2_device *device, int32_t descriptor);
    
        // 具體的接口實現
    static int32_t VendorAcceptDisplayChanges(hwc2_device_t *device, hwc2_display_t display);
    static int32_t VendorCreateLayer(hwc2_device_t *device, hwc2_display_t display,
                             hwc2_layer_t *out_layer_id);
    static int32_t VendorCreateVirtualDisplay(hwc2_device_t *device, uint32_t width, uint32_t height,
                                      int32_t *format, hwc2_display_t *out_display_id);
        ... ...
}

// GetFunction中
hwc2_function_pointer_t HWCSession::GetFunction(struct hwc2_device *device,
                                                int32_t int_descriptor) {
  auto descriptor = static_cast<HWC2::FunctionDescriptor>(int_descriptor);

  switch (descriptor) {
    case HWC2::FunctionDescriptor::AcceptDisplayChanges:
      return AsFP<HWC2_PFN_ACCEPT_DISPLAY_CHANGES>(VendorAcceptDisplayChanges);
    case HWC2::FunctionDescriptor::CreateLayer:
      return AsFP<HWC2_PFN_CREATE_LAYER>(VendorCreateLayer);
    case HWC2::FunctionDescriptor::CreateVirtualDisplay:
      return AsFP<HWC2_PFN_CREATE_VIRTUAL_DISPLAY>(Vendor:CreateVirtualDisplay);
    ... ...

句柄Handle

這個前面穿插將過了。Layer，Display和配置信息Config在HWC都是用各自的Handle表示的。

typedef uint32_t hwc2_config_t;
typedef uint64_t hwc2_display_t;
typedef uint64_t hwc2_layer_t;

Buffer也是用handle來描述native_handle_t。

當 SurfaceFlinger 想要創建新層時，它會調用 createLayer 函數，然后返回一個 hwc2_layer_t 類型的句柄,。在此之后，SurfaceFlinger 每次想要修改該層的屬性時，都會將該 hwc2_layer_t 值以及進行修改所需的任何其他信息傳遞給相應的修改函數。hwc2_layer_t 類型句柄的大小足以容納一個指針或一個索引，并且 SurfaceFlinger 會將其視為不透明，從而為 HWC 實現人員提供最大的靈活性。

HWC合成服務

代碼位置：

hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/default

這個HWC的的默認服務。SurfaceFlinger初始化時，可以通過屬性debug.sf.hwc_service_name來制定，默認為default：

* frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

std::string getHwcServiceName() {
    char value[PROPERTY_VALUE_MAX] = {};
    property_get("debug.sf.hwc_service_name", value, "default");
    ALOGI("Using HWComposer service: '%s'", value);
    return std::string(value);
}

在編譯時，manifest.xml中配置的也是default。

HWC服務分兩部分：

• 可以執行程序 android.hardware.graphics.composer@2.1-service
  其main函數如下，通過defaultPassthroughServiceImplementation函數注冊IComposer服務。

hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/default/service.cpp

int main() {
    // the conventional HAL might start binder services
    android::ProcessState::initWithDriver("/dev/vndbinder");
    android::ProcessState::self()->setThreadPoolMaxThreadCount(4);
    android::ProcessState::self()->startThreadPool();

    // same as SF main thread
    struct sched_param param = {0};
    param.sched_priority = 2;
    if (sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO | SCHED_RESET_ON_FORK,
                &param) != 0) {
        ALOGE("Couldn't set SCHED_FIFO: %d", errno);
    }

    return defaultPassthroughServiceImplementation<IComposer>(4);
}

對應的rc文件如下：

service vendor.hwcomposer-2-1 /vendor/bin/hw/android.hardware.graphics.composer@2.1-service
    class hal animation
    user system
    group graphics drmrpc
    capabilities SYS_NICE
    onrestart restart surfaceflinge

• 實現庫 android.hardware.graphics.composer@2.1-impl.so
  hwc的執行程序中，注冊的IComposer，將調到對應的FETCH函數，FETCH函數實現及是so庫中。FETCH如下：

IComposer* HIDL_FETCH_IComposer(const char*)
{
    const hw_module_t* module = nullptr;
    int err = hw_get_module(HWC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);
    if (err) {
        ALOGI("falling back to FB HAL");
        err = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);
    }
    if (err) {
        ALOGE("failed to get hwcomposer or fb module");
        return nullptr;
    }

    return new HwcHal(module);
}

FETCH函數中，才正在去加載Vendor的實現，通過統一的接口hw_get_module根據IDHWC_HARDWARE_MODULE_ID去加載。加載完成后，創建HAL描述類似HwcHal。

HwcHal::HwcHal(const hw_module_t* module)
    : mDevice(nullptr), mDispatch(), mMustValidateDisplay(true), mAdapter() {
    uint32_t majorVersion;
    if (module->id && strcmp(module->id, GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID) == 0) {
        majorVersion = initWithFb(module);
    } else {
        majorVersion = initWithHwc(module);
    }

    initCapabilities();
    if (majorVersion >= 2 && hasCapability(HWC2_CAPABILITY_PRESENT_FENCE_IS_NOT_RELIABLE)) {
        ALOGE("Present fence must be reliable from HWC2 on.");
        abort();
    }

    initDispatch();
}

如果是FrameBuffer驅動，通過initWithFb初始化。如果是HWC驅動，通過initWithHwc初始化。我們需要的是HWC2的接口，如果不是HWC2的HAl實現，那么需要做適配。

FrameBuffer驅動，采用HWC2OnFbAdapter進行適配：

uint32_t HwcHal::initWithFb(const hw_module_t* module)
{
    framebuffer_device_t* fb_device;
    int error = framebuffer_open(module, &fb_device);
    if (error != 0) {
        ALOGE("Failed to open FB device (%s), aborting", strerror(-error));
        abort();
    }

    mFbAdapter = std::make_unique<HWC2OnFbAdapter>(fb_device);
    mDevice = mFbAdapter.get();

    return 0;
}

HWC1.x通過HWC2On1Adapter進行適配：

uint32_t HwcHal::initWithHwc(const hw_module_t* module)
{
    // Determine what kind of module is available (HWC2 vs HWC1.X).
    hw_device_t* device = nullptr;
    int error = module->methods->open(module, HWC_HARDWARE_COMPOSER, &device);
    ... ...
    uint32_t majorVersion = (device->version >> 24) & 0xF;

    // If we don't have a HWC2, we need to wrap whatever we have in an adapter.
    if (majorVersion != 2) {
        uint32_t minorVersion = device->version & HARDWARE_API_VERSION_2_MAJ_MIN_MASK;
        minorVersion = (minorVersion >> 16) & 0xF;
        ALOGI("Found HWC implementation v%d.%d", majorVersion, minorVersion);
        if (minorVersion < 1) {
            ALOGE("Cannot adapt to HWC version %d.%d. Minimum supported is 1.1",
                  majorVersion, minorVersion);
            abort();
        }
        mAdapter = std::make_unique<HWC2On1Adapter>(
                reinterpret_cast<hwc_composer_device_1*>(device));

        // Place the adapter in front of the device module.
        mDevice = mAdapter.get();
    } else {
        mDevice = reinterpret_cast<hwc2_device_t*>(device);
    }

    return majorVersion;
}

這兩種適配的實現代碼如下：

frameworks/native/libs
├── hwc2onfbadapter
└── hwc2on1adapter

分別打包成兩個動態so庫，Adapter中再調具體的Vendor實現。

初始化時，第一步先獲取Vendor實現的處理能力：

void HwcHal::initCapabilities()
{
    uint32_t count = 0;
    mDevice->getCapabilities(mDevice, &count, nullptr);

    std::vector<int32_t> caps(count);
    mDevice->getCapabilities(mDevice, &count, caps.data());
    caps.resize(count);

    mCapabilities.reserve(count);
    for (auto cap : caps) {
        mCapabilities.insert(static_cast<hwc2_capability_t>(cap));
    }
}

第二步，初始化，HWC的接口函數：

void HwcHal::initDispatch()
{
    initDispatch(HWC2_FUNCTION_ACCEPT_DISPLAY_CHANGES,
            &mDispatch.acceptDisplayChanges);
    initDispatch(HWC2_FUNCTION_CREATE_LAYER, &mDispatch.createLayer);
    initDispatch(HWC2_FUNCTION_CREATE_VIRTUAL_DISPLAY,
            &mDispatch.createVirtualDisplay);
    ... ...

根據ID，同過Vendor實現的getFunction函數，去獲取Vendor對應的函數地址。

template<typename T>
void HwcHal::initDispatch(hwc2_function_descriptor_t desc, T* outPfn)
{
    auto pfn = mDevice->getFunction(mDevice, desc);
    if (!pfn) {
        LOG_ALWAYS_FATAL("failed to get hwcomposer2 function %d", desc);
    }

    *outPfn = reinterpret_cast<T>(pfn);
}

Client和Server的通信

SurfaceFlinger和HWC服務之間，很多函數，并沒有直接的調用，而是通過Buffer的讀寫來實現調用和參數的傳遞的。所以，Client端和Server端通信，基本通過以下相關的途徑：

• 通過IComposerClient.hal接口
• 通過IComposer.hal接口
• 通過command Buffer

Server端回調Client端，通過IComposerCallback.hal接口。

hal接口的方式，比較好理解，其本質就是Binder。那么問題來了，既然有hal的接口，為什么又加了一個command Buffer的方式呢？其實這是為了解決Binder通信慢的問題。

我們先來看看IComposerClient.hal接口

IComposerClient.hal 接口

IComposerClient.hal的接口如下：

* hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/IComposerClient.hal

    registerCallback(IComposerCallback callback);

    getMaxVirtualDisplayCount() generates (uint32_t count);

    createVirtualDisplay(uint32_t width,
                         uint32_t height,
                         PixelFormat formatHint,
                         uint32_t outputBufferSlotCount)
              generates (Error error,
                         Display display,
                         PixelFormat format);

    destroyVirtualDisplay(Display display) generates (Error error);

    createLayer(Display display,
                uint32_t bufferSlotCount)
     generates (Error error,
                Layer layer);

    destroyLayer(Display display, Layer layer) generates (Error error);

    getActiveConfig(Display display) generates (Error error, Config config);

    getClientTargetSupport(Display display,
                           uint32_t width,
                           uint32_t height,
                           PixelFormat format,
                           Dataspace dataspace)
                generates (Error error);

    getColorModes(Display display)
       generates (Error error,
                  vec<ColorMode> modes);

    getDisplayAttribute(Display display,
                        Config config,
                        Attribute attribute)
             generates (Error error,
                        int32_t value);

    getDisplayConfigs(Display display)
           generates (Error error,
                      vec<Config> configs);

    getDisplayName(Display display) generates (Error error, string name);

    getDisplayType(Display display) generates (Error error, DisplayType type);

    getDozeSupport(Display display) generates (Error error, bool support);

    getHdrCapabilities(Display display)
            generates (Error error,
                       vec<Hdr> types,
                       float maxLuminance,
                       float maxAverageLuminance,
                       float minLuminance);

    setClientTargetSlotCount(Display display,
                             uint32_t clientTargetSlotCount)
                  generates (Error error);

    setActiveConfig(Display display, Config config) generates (Error error);

    setColorMode(Display display, ColorMode mode) generates (Error error);

    setPowerMode(Display display, PowerMode mode) generates (Error error);

    setVsyncEnabled(Display display, Vsync enabled) generates (Error error);

    setInputCommandQueue(fmq_sync<uint32_t> descriptor)
              generates (Error error);

    getOutputCommandQueue()
              generates (Error error,
                         fmq_sync<uint32_t> descriptor);

    executeCommands(uint32_t inLength,
                    vec<handle> inHandles)
         generates (Error error,
                    bool outQueueChanged,
                    uint32_t outLength,
                    vec<handle> outHandles);

IComposerClient.hal的接口函數比較多，這里提供的接口，都是一些實時的接口，也就是Client需要Server立即響應的接口。

IComposer.hal接口

IComposer.hal就3個接口函數，createClient主要的是這里的createClient函數，創建一個ComposerClient，通過ComposerClient，就可以用上面的IComposerClient.hal接口。

* hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/IComposer.hal

    getCapabilities() generates (vec<Capability> capabilities);

    dumpDebugInfo() generates (string debugInfo);

    createClient() generates (Error error, IComposerClient client);

IComposer.hal接口也是實時接口。

IComposerCallback.hal接口

IComposerCallback.hal接口是Server回調給Client端的，主要是下面3個接口：

    onHotplug(Display display, Connection connected);

    oneway onRefresh(Display display);

    oneway onVsync(Display display, int64_t timestamp);

三個接口分別上報熱插拔，刷新請求，和Vsync事件。另外，IComposerCallback接口需要通過IComposerClient.hal的registerCallback函數進行注冊。

command Buffer

相比前面的hal接口，這里的Buffer方式的調用都不是實時的，先將命令寫到Buffer中，最后再一次性的調用到Server。

相關的定義在頭文件IComposerCommandBuffer.h中，定義了一個CommandWriterBase和一個CommandReaderBase

* hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/default/IComposerCommandBuffer.h

class CommandWriterBase {
    ... ...
    uint32_t mDataMaxSize;
    std::unique_ptr<uint32_t[]> mData;

    uint32_t mDataWritten;
    // end offset of the current command
    uint32_t mCommandEnd;

    std::vector<hidl_handle> mDataHandles;
    std::vector<native_handle_t *> mTemporaryHandles;

    std::unique_ptr<CommandQueueType> mQueue;
};

class CommandReaderBase {
    ... ...
    std::unique_ptr<CommandQueueType> mQueue;
    uint32_t mDataMaxSize;
    std::unique_ptr<uint32_t[]> mData;

    uint32_t mDataSize;
    uint32_t mDataRead;

    // begin/end offsets of the current command
    uint32_t mCommandBegin;
    uint32_t mCommandEnd;

    hidl_vec<hidl_handle> mDataHandles;
};

都是用一個uint32_t的數組來保存數據mData。Client端和Server端基于兩個Base類，又繼承Base，重寫各自的Reader和Writer。

相關的類圖如下：

命令讀寫器

相關的command命令，定義在IComposerClient.hal中

* hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/IComposerClient.hal

enum Command : int32_t {
        LENGTH_MASK                        = 0xffff,
        OPCODE_SHIFT                       = 16,
        OPCODE_MASK                        = 0xffff << OPCODE_SHIFT,

        /** special commands */
        SELECT_DISPLAY                     = 0x000 << OPCODE_SHIFT,
        SELECT_LAYER                       = 0x001 << OPCODE_SHIFT,
        ... ...

我們以setZOrder函數為例，對應的command為SET_LAYER_Z_ORDER。

SET_LAYER_Z_ORDER                  = 0x40a << OPCODE_SHIFT,

對應的函數為：

Error Composer::setLayerZOrder(Display display, Layer layer, uint32_t z)
{
    mWriter.selectDisplay(display);
    mWriter.selectLayer(layer);
    mWriter.setLayerZOrder(z);
    return Error::NONE;
}

setZOrder時：

1.首先指定Display

* hardware/interfaces/graphics/composer/2.1/default/IComposerCommandBuffer.h

    static constexpr uint16_t kSelectDisplayLength = 2;
    void selectDisplay(Display display)
    {
        beginCommand(IComposerClient::Command::SELECT_DISPLAY,
                kSelectDisplayLength);
        write64(display);
        endCommand();
    }

指定Display也是通過一個命令來完成，傳遞一個命令具體分為3步：

• beginCommand
  beginCommand先寫命令值，SELECT_DISPLAY

    void beginCommand(IComposerClient::Command command, uint16_t length)
    {
        if (mCommandEnd) {
            LOG_FATAL("endCommand was not called before command 0x%x",
                    command);
        }

        growData(1 + length);
        write(static_cast<uint32_t>(command) | length);

        mCommandEnd = mDataWritten + length;
    }

beginCommand時，先增加Buffer的大小，Buffer采用一個uint32_t類型的數組。

std::unique_ptr<uint32_t[]> mData;

再將command和長度或后，寫入Buffer。最后記錄，Buffer應該結束的位置mCommandEnd。這里的+1是為了寫command命令，是command命令的長度。

• 寫具體的值
  display是64bit的，所以直接用write64的接口；將被拆分為兩個32位，用32位的接口write寫入Buffer。寫入后，mDataWritten相應的增加。

    void write(uint32_t val)
    {
        mData[mDataWritten++] = val;
    }

• endCommand
  函數如下：

    void endCommand()
    {
        if (!mCommandEnd) {
            LOG_FATAL("beginCommand was not called");
        } else if (mDataWritten > mCommandEnd) {
            LOG_FATAL("too much data written");
            mDataWritten = mCommandEnd;
        } else if (mDataWritten < mCommandEnd) {
            LOG_FATAL("too little data written");
            while (mDataWritten < mCommandEnd) {
                write(0);
            }
        }

        mCommandEnd = 0;
    }

endCommand中主要是看我們寫的數據對不對，如果寫的太多，超過mCommandEnd的截掉。如果寫的太少，補0。

2.指定Layer
通過selectLayer函數指定layer；selectLayer函數和前面的selectDisplay類似：

    static constexpr uint16_t kSelectLayerLength = 2;
    void selectLayer(Layer layer)
    {
        beginCommand(IComposerClient::Command::SELECT_LAYER,
                kSelectLayerLength);
        write64(layer);
        endCommand();
    }

3.將要設置的數據寫如Buffer

    static constexpr uint16_t kSetLayerZOrderLength = 1;
    void setLayerZOrder(uint32_t z)
    {
        beginCommand(IComposerClient::Command::SET_LAYER_Z_ORDER,
                kSetLayerZOrderLength);
        write(z);
        endCommand();
    }

設置 z-order 時，用的SET_LAYER_Z_ORDER命令。z-order是32bit的類型，這里直接用的write函數。

到此，z-order寫到Buffer mData中。注意，只是寫到了mData中，還沒有傳到HWC的服務端呢。

4.執行命令
Buffer中的數據什么時候才傳到HWC的服務端呢？ 答案是 executeCommands的時候。execute 基本就是validate和present處理的時候會先調，execute將Buffer命令真正是傳到Server進行解析，調相應的接口。execute主要是通過IComposerClient.hal的實時接口來完成。

execute函數如下：

Error Composer::execute()
{
    // 準備command隊列
    bool queueChanged = false;
    uint32_t commandLength = 0;
    hidl_vec<hidl_handle> commandHandles;
    if (!mWriter.writeQueue(&queueChanged, &commandLength, &commandHandles)) {
        mWriter.reset();
        return Error::NO_RESOURCES;
    }

    // set up new input command queue if necessary
    if (queueChanged) {
        auto ret = mClient->setInputCommandQueue(*mWriter.getMQDescriptor());
        auto error = unwrapRet(ret);
        if (error != Error::NONE) {
            mWriter.reset();
            return error;
        }
    }

    if (commandLength == 0) {
        mWriter.reset();
        return Error::NONE;
    }

    Error error = kDefaultError;
    auto ret = mClient->executeCommands(commandLength, commandHandles,
            [&](const auto& tmpError, const auto& tmpOutChanged,
                const auto& tmpOutLength, const auto& tmpOutHandles)
            {
                ... ...
                if (error == Error::NONE && tmpOutChanged) {
                    error = kDefaultError;
                    mClient->getOutputCommandQueue(
                            [&](const auto& tmpError,
                                const auto& tmpDescriptor)
                            {
                                ... ...

                                mReader.setMQDescriptor(tmpDescriptor);
                            });
                }

                ... ...

                if (mReader.readQueue(tmpOutLength, tmpOutHandles)) {
                   ... ...
            });
    ... ...

    mWriter.reset();

    return error;
}

execute主要做了下面幾件事：

• 準備命令隊列commandQueue
  通過Writer的writeQueue來實現，其作用就是將前面我們已經寫到Buffer中的command及數據，寫到命令隊列mQueue中。代碼如下：

    bool writeQueue(bool* outQueueChanged, uint32_t* outCommandLength,
            hidl_vec<hidl_handle>* outCommandHandles)
    {
        ... ...
        } else {
            auto newQueue = std::make_unique<CommandQueueType>(mDataMaxSize);
            if (!newQueue->isValid() ||
                    !newQueue->write(mData.get(), mDataWritten)) {
                ALOGE("failed to prepare a new message queue ");
                return false;
            }

            mQueue = std::move(newQueue);
            *outQueueChanged = true;
        }

        *outCommandLength = mDataWritten;
        outCommandHandles->setToExternal(
                const_cast<hidl_handle*>(mDataHandles.data()),
                mDataHandles.size());

        return true;
    }

• 設置新的命令隊列
  setInputCommandQueue傳遞的是命令隊列的文件描述符，Server端Reader根據隊列的文件描述符去找對應的隊列。

Return<Error> ComposerClient::setInputCommandQueue(
        const MQDescriptorSync<uint32_t>& descriptor)
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mCommandMutex);
    return mReader->setMQDescriptor(descriptor) ?
        Error::NONE : Error::NO_RESOURCES;
}

setMQDescriptor時Reader會根據描述符創建對應的命令隊形。

• 執行命令隊列
  executeCommands在server端的實現為：

Return<void> ComposerClient::executeCommands(uint32_t inLength,
        const hidl_vec<hidl_handle>& inHandles,
        executeCommands_cb hidl_cb)
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mCommandMutex);

    bool outChanged = false;
    uint32_t outLength = 0;
    hidl_vec<hidl_handle> outHandles;

    if (!mReader->readQueue(inLength, inHandles)) {
        hidl_cb(Error::BAD_PARAMETER, outChanged, outLength, outHandles);
        return Void();
    }

    Error err = mReader->parse();
    if (err == Error::NONE &&
            !mWriter.writeQueue(&outChanged, &outLength, &outHandles)) {
        err = Error::NO_RESOURCES;
    }

    hidl_cb(err, outChanged, outLength, outHandles);

    mReader->reset();
    mWriter.reset();

    return Void();
}

server端的Reader讀取命令隊列，將命令，數據等從mQueue中又讀到Reader的Buffer mData中。讀到Mdata中后，再解析parse。

Error ComposerClient::CommandReader::parse()
{
    IComposerClient::Command command;
    uint16_t length = 0;

    while (!isEmpty()) {
        if (!beginCommand(&command, &length)) {
            break;
        }

        bool parsed = parseCommand(command, length);
        endCommand();

        if (!parsed) {
            ALOGE("failed to parse command 0x%x, length %" PRIu16,
                    command, length);
            break;
        }
    }

    return (isEmpty()) ? Error::NONE : Error::BAD_PARAMETER;
}

解析命令，也分3步：
beginCommand 讀取命令，看看是什么命令；
parseCommand 解析命令，根據命令，解析具體的數據。比如我們設置z-order的命令處理如下：

bool ComposerClient::CommandReader::parseSetLayerZOrder(uint16_t length)
{
    if (length != CommandWriterBase::kSetLayerZOrderLength) {
        return false;
    }

    auto err = mHal.setLayerZOrder(mDisplay, mLayer, read());
    if (err != Error::NONE) {
        mWriter.setError(getCommandLoc(), err);
    }

    return true;
}

parseCommand時數據才真正傳遞到Server中，生效。z-order通過mHal的setLayerZOrder設置到Vendor的HAL實現中。

endCommand 表示數據讀取完，記錄讀取的位置。

回到啊Client端execute函數。Client端的Reader也會讀取返回值，

HWC2 中Fence的更改

HWC 2.0 中同步柵欄的含義相對于以前版本的 HAL 已有很大的改變。

在 HWC v1.x 中，釋放Fence和退出Fence是推測性的。在幀 N 中檢索到的Buffer的釋放Fence或顯示設備的退出Fence不會先于在幀 N + 1 中檢索到的Fence變為觸發狀態。換句話說，該Fence的含義是“不再需要您為幀 N 提供的Buffer內容”。這是推測性的，因為在理論上，SurfaceFlinger 在幀 N 之后的一段不確定的時間內可能無法再次運行，這將使得這些柵欄在該時間段內不會變為觸發狀態。

在 HWC 2.0 中，釋放Fence和退出Fence是非推測性的。在幀 N 中檢索到的釋放Fence或退出Fence，將在相關Buffer的內容替換幀 N - 1 中緩沖區的內容后立即變為觸發狀態，或者換句話說，該Fence的含義是“您為幀 N 提供的緩沖區內容現在已經替代以前的內容”。這是非推測性的，因為在硬件呈現此幀的內容之后，該柵欄應該在 presentDisplay 被調用后立即變為觸發狀態。

小結

這里主要是總結性的介紹一下HWC2，很多流程，稍后我們在代碼中具體來分析。