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1. FrameBuffer文件介紹

FrameBuffer 文件是 Linux (Android是基于Linux的) 對顯示設備的一種抽象設備，相當于顯存。Android 的 SurfaceFlinger 想更新屏幕的時候，就會把相應的改變寫入到FrameBuffer里。Android 2.x 的時代，顯示開機畫面的功能也是通過把圖像數據寫入到FrameBuffer實現的。所以，你可以認為，FrameBuffer里頭一定有當前屏幕內容的圖像數據。

Android平臺上，FrameBuffer 文件的絕對路徑一般是： /dev/graphics/fb0 。

所以，如果我們想截圖，其中一種方法就是把FrameBuffer里頭的圖像數據取出來，轉換成bitmap，然后存儲起來或者給ImageView來顯示出來。

2. FrameBuffer文件格式

現在我們知道FrameBuffer (/dev/graphics/fb0) 文件里頭會有當前屏幕的圖像數據，取出來就可以了。但是，如果你直接運行這段代碼：

public void test() {

byte[] fb_data = new byte[5000000];

FileInputStream fis = null;

try {

fis = new FileInputStream(new File("/dev/graphics/fb0"));

DataInputStream dStream = new DataInputStream(fis);

dStream.readFully(fb_data);

dStream.close();

Bitmap bm = BitmapFactory.decodeByteArray(fb_data, 0, fb_data.length);

mImageView.setBackground(new BitmapDrawable(bm));

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

會遇到兩個問題：

1. /dev/graphics/fb0 文件會拒絕訪問，所以你要讓你的程序獲取root權限后，才能取到/dev/graphics/fb0里頭的數據，或者獲取 root 權限后把 /dev/graphics/fb0 文件改為所有用戶可讀 (如何獲取root權限，這篇文章暫不討論)

2. 取到數據后，decode成bitmap，讓imageview顯示，會花屏，或者索性什么都沒顯示。

花屏或者什么都不顯示，那是因為FrameBuffer 里頭的數據并不是常見的圖像數據，直接丟給 BitmapFactory 顯示，BitmapFactory 也不知道你這一堆什么玩意兒，所以出來的圖像要么花屏，要么什么都不顯示。

那我們現在進入正題：FrameBuffer 里頭的數據到底是怎么樣的?

要弄清這個問題，我們需要在我們的jni代碼里執行這段代碼：

int fd, ret;

struct fb_fix_screeninfo finfo;

// 打開Framebuffer設備

fd = open("/dev/graphics/fb0", O_RDONLY);

if(fd < 0)

{

LOGD("======Cannot open /dev/graphics/fb0!");

return -1;

}

// 獲取Framebuffer 的 fixed info 不變信息

ret = ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo);

if(ret < 0 )

{

LOGD("Cannot get fixed screen information.");

close(fd);

return -1;

}

通過這段代碼，我們獲取到了Framebuffer 設備的 “不變信息” ：其實就是一個名叫 fb_fix_screeninfo 的結構體，這個結構體里包含了我們的 Framebuffer 數據的格式。

fb_fix_screeninfo這個結構體定義在 linux/include/linux/fb.h 頭文件里頭 ( 雖然這個頭文件是linux源碼里頭找的，但是 fb.h 里頭定義的很多東西，Android 都直接沿用了)

定義如下：

struct fb_fix_screeninfo {

char id[16];? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* identification string eg "TT Builtin" */

unsigned long smem_start;? ? ? /* Start of frame buffer mem */

/* (physical address) */

__u32 smem_len;? ? ? ? ? ? ? ? /* Length of frame buffer mem */

__u32 type;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* see FB_TYPE_*? ? ? ? ? ? ? ? */

__u32 type_aux;? ? ? ? ? ? ? ? /* Interleave for interleaved Planes */

__u32 visual;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* see FB_VISUAL_*? ? ? ? ? ? ? */

__u16 xpanstep;? ? ? ? ? ? ? ? /* zero if no hardware panning? */

__u16 ypanstep;? ? ? ? ? ? ? ? /* zero if no hardware panning? */

__u16 ywrapstep;? ? ? ? ? ? ? ? /* zero if no hardware ywrap? ? */

__u32 line_length;? ? ? ? ? ? ? /* length of a line in bytes? ? */

unsigned long mmio_start;? ? ? /* Start of Memory Mapped I/O? */

/* (physical address) */

__u32 mmio_len;? ? ? ? ? ? ? ? /* Length of Memory Mapped I/O? */

__u32 accel;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* Indicate to driver which? ? */

/*? specific chip/card we have? */

__u16 reserved[3];? ? ? ? ? ? ? /* Reserved for future compatibility */

};

里面有一個__u32 type 成員，就是這個成員會告訴我們，我們的FrameBuffer里頭的數據的格式。

這個__ur32 type 可能的取值有5個，分別如下：

#define FB_TYPE_PACKED_PIXELS? ? ? ? ? 0? ? ? /* Packed Pixels? ? ? ? */

#define FB_TYPE_PLANES? ? ? ? ? ? ? ? ? 1? ? ? /* Non interleaved planes */

#define FB_TYPE_INTERLEAVED_PLANES? ? ? 2? ? ? /* Interleaved planes? */

#define FB_TYPE_TEXT? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3? ? ? /* Text/attributes? ? ? */

#define FB_TYPE_VGA_PLANES? ? ? ? ? ? ? 4? ? ? /* EGA/VGA planes? ? ? */

于是我們回到剛剛那段jni 代碼，最后加一句打印：

LOGD("====== type : %d",? finfo.type);

運行下，會看到我的三星i9300 運行的結果是：

D/termExec(21787): ====== type : 0

其實，大多數Android 設備的 fb0 都應該是 type == 0 的，type 為0 意思說 Framebuffer 里頭存的是每個像素點的 ARGB 信息。

但是既然存的是每個像素點的ARGB 信息，為何 BitmapFactory 會解析出花屏圖像出來呢？這是因為 Framebuffer 里頭每個像素點的 ARGB 信息是按照 little endian 方式存儲的也就是說，假如屏幕中一個像素點的格式的 ARGB 顏色值是 #FFBBCCDD 的話，存到 Framebuffer 的時候，是存成這樣的：DDCCBBFF。所以現在你明白為何你把 Framebuffer 的數據直接丟給 BitmapFactory 的時候會花屏了吧？因為每個像素點的 ARGB 信息都倒過來了啊，變成 BGRA 了。

那是如果確定每個像素點存的時候存的是BGRA 的呢？要確定每個像素點的存儲格式，需要再運行一段 jni 代碼，如下：

int fd, ret;

static struct fb_var_screeninfo vinfo;

// 打開Framebuffer設備

fd = open("/dev/graphics/fb0", O_RDONLY);

if(fd < 0)

{

LOGD("======Cannot open /dev/graphics/fb0!");

return -1;

}

// 獲取FrameBuffer 的 variable info 可變信息

ret = ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);

if(ret < 0 )

{

LOGD("======Cannot get variable screen information.");

close(fd);

return -1;

}

這是獲取到的是一個叫做fb_var_screeninfo 的結構體的實例，這個結構體同樣定義在 linux/include/linux/fb.h 里頭，定義如下：

struct fb_var_screeninfo {

__u32 xres;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* visible resolution? ? ? ? ? */

__u32 yres;

__u32 xres_virtual;? ? ? ? ? ? /* virtual resolution? ? ? ? ? */

__u32 yres_virtual;

__u32 xoffset;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* offset from virtual to visible */

__u32 yoffset;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* resolution? ? ? ? ? ? ? ? ? */

__u32 bits_per_pixel;? ? ? ? ? /* guess what? ? ? ? ? ? ? ? ? */

__u32 grayscale;? ? ? ? ? ? ? ? /* != 0 Graylevels instead of colors */

struct fb_bitfield red;? ? ? ? /* bitfield in fb mem if true color, */

struct fb_bitfield green;? ? ? /* else only length is significant */

struct fb_bitfield blue;

struct fb_bitfield transp;? ? ? /* transparency? ? ? ? ? ? ? ? */

__u32 nonstd;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* != 0 Non standard pixel format */

__u32 activate;? ? ? ? ? ? ? ? /* see FB_ACTIVATE_*? ? ? ? ? ? */

__u32 height;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* height of picture in mm? ? */

__u32 width;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* width of picture in mm? ? */

__u32 accel_flags;? ? ? ? ? ? ? /* (OBSOLETE) see fb_info.flags */

/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */

__u32 pixclock;? ? ? ? ? ? ? ? /* pixel clock in ps (pico seconds) */

__u32 left_margin;? ? ? ? ? ? ? /* time from sync to picture? ? */

__u32 right_margin;? ? ? ? ? ? /* time from picture to sync? ? */

__u32 upper_margin;? ? ? ? ? ? /* time from sync to picture? ? */

__u32 lower_margin;

__u32 hsync_len;? ? ? ? ? ? ? ? /* length of horizontal sync? ? */

__u32 vsync_len;? ? ? ? ? ? ? ? /* length of vertical sync? ? ? */

__u32 sync;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* see FB_SYNC_*? ? ? ? ? ? ? ? */

__u32 vmode;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* see FB_VMODE_*? ? ? ? ? ? ? */

__u32 rotate;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* angle we rotate counter clockwise */

__u32 reserved[5];? ? ? ? ? ? ? /* Reserved for future compatibility */

};

注意到這個結構體里面的四個結構體成員了么？red、green、blue 和 transp 這四個成員。它們的類型是 fb_bitfield，這個fb_bitfield 就是用來告訴我們每個像素點的格式的。

fb_bitfield 也是定義在 linux/include/linux/fb.h 里頭，定義如下：

struct fb_bitfield {

__u32 offset;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* beginning of bitfield? ? ? ? */

__u32 length;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* length of bitfield? ? ? ? ? */

__u32 msb_right;? ? ? ? ? ? ? ? /* != 0 : Most significant bit is */

/* right */

};

這個結構體里頭：

offset? ------ 顏色值的在整個ARGB二進制數據中的偏移量

length ------ 顏色值二進制位數

msb_right ------ 0 代表Big endian

現在我們在剛剛那段獲取fb_var_screeninfo 結構體實例的 jni 代碼的末尾，加上這幾句打印：

// 下面這一段是每個像素點的格式

LOGD("====== fb_bitfield red.offset : %d",? vinfo.red.offset);

LOGD("====== fb_bitfield red.length : %d",? vinfo.red.length);

// 如果 == 0，就是Big endian

LOGD("====== fb_bitfield red.msb_right : %d",? vinfo.red.msb_right);

LOGD("====== fb_bitfield green.offset : %d",? vinfo.green.offset);

LOGD("====== fb_bitfield green.length : %d",? vinfo.green.length);

LOGD("====== fb_bitfield green.msb_right : %d",? vinfo.green.msb_right);

LOGD("====== fb_bitfield blue.offset : %d",? vinfo.blue.offset);

LOGD("====== fb_bitfield blue.length : %d",? vinfo.blue.length);

LOGD("====== fb_bitfield blue.msb_right : %d",? vinfo.blue.msb_right);

LOGD("====== fb_bitfield transp.offset : %d",? vinfo.transp.offset);

LOGD("====== fb_bitfield transp.length : %d",? vinfo.transp.length);

LOGD("====== fb_bitfield transp.msb_right : %d",? vinfo.transp.msb_right);

看看我的i9300 的運行結果：

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield red.offset : 16

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield red.length : 8

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield red.msb_right : 0

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield green.offset : 8

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield green.length : 8

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield green.msb_right : 0

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield blue.offset : 0

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield blue.length : 8

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield blue.msb_right : 0

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield transp.offset : 24

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield transp.length : 8

D/termExec(21988): ====== fb_bitfield transp.msb_right : 0

從打印結果我們可以看到：

1. 每個像素點的單個顏色值占8 bits 也就是一個字節，一個像素是 8 * 4 = 32 bits。

2. blue offset 是0 也就是 Framebuffer里頭存的每個像素點的前8 bits 是藍色值

3. green offset 是 8 ，8 到 15 bits 是綠色值

4. red offset 是 16 ，16 到 23 bits 是紅色值

5. transp offset 是 24，24 到 31 bits 是透明度值

綜合上面所述，Framebuffer 中的數據肯定是這樣的：

BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

啊！Framebuffer 的數據格式現在是搞清楚了，但是當你以為你簡簡單單的把每個像素的 BGRA 信息轉換成 ARGB 后，丟給BitmapFactory就能得到屏幕截圖了么？

其實還不夠。

首先，回頭再看看fb_var_screeninfo 的定義，我們注意到里頭有六個這樣的成員：

__u32 xres;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* visible resolution? ? ? ? ? */

__u32 yres;

__u32 xres_virtual;? ? ? ? ? ? /* virtual resolution? ? ? ? ? */

__u32 yres_virtual;

__u32 xoffset;? ? ? ? ? ? ? ? ? /* offset from virtual to visible */

__u32 yoffset;

前兩個個的的含義如下：

1. xres -------------- 你可以認為這個就是屏幕的寬(單位：像素)

2.yres --------------- 你可以認為這個就是屏幕的高(單位：像素)

前兩個很好理解，后面四個就麻煩一點點。稍微查下資料我們就能知道，Android 的 Framebuffer 一般是“雙緩沖”的，就是說 Framebuffer里頭不止緩存了一個屏幕的像素點數據，而是緩存了兩個屏幕的像素點數據。而且兩屏數據，是上下擺放的，假設我們的手機屏幕橫向有 720 個像素，縱向有 1280 個像素，那 fb0 的實際格式將會是如下所示：

第一列是fb0 文件的相對地址(十進制表示) 720個像素點 * 每個像素點占用4字節 = 2880

0 ? ? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

2880 ? ? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

2880*2 ? ? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

. 緩沖的第一屏

2880*1279? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

2880*1280? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

2880*1281? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

2880*1282? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

. 緩沖的第二屏

2880*2559? BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA BGRA ...

把這兩屏數據當成一副圖，那橫向像素點個數就是xres_virtual，縱向像素點個數就是 yres_virtual。由于Android一般是“雙緩沖”，所以下面這個公式對很多手機都應該成立：

xres == xres_virtual

yres * 2 == yres_virtual

既然有兩屏數據，那哪一屏才是當前的屏幕內容呢？這就是xoffset 和 yoffset 會告訴你的，我的 i9300 獲取到的這樣的：

D/termExec(21988): ====== xres : 720

D/termExec(21988): ====== yres : 1280

D/termExec(21988): ====== xres_virtual : 720

D/termExec(21988): ====== yres_virtual : 2560

D/termExec(21988): ====== xoffset : 0

D/termExec(21988): ====== yoffset : 0

所以我的i9300 的 Framebuffer 的第一屏就是當前屏幕的內容。假如我的 i9300 yoffset == 1280 的話，那第二屏才是真正屏幕的當前內容。

fb_fix_screeninfo 里頭，另外還有一個需要注意的成員是 line_length。其實我們的 Framebuffer 里頭保存的一屏數據并不一定剛好就是我們的屏幕分辨率大小，它的橫向像素值有可能比屏幕的橫向像素值多！假如你發現你截出來的圖片屏幕外有黑邊，那原因就在這里了。

Framebuffer里頭的圖像數據的一行，不應該是屏幕橫向分辨率 * 4，而應該是 line_length (它的單位不是像素點，而是字節)

3. 從Framebuffer中獲取圖像數據

現在我們已經知道了，Framebuffer 中的數據格式，那到底如何中的屏幕圖像數據顯示在ImageView中呢？

當然，你已經知道了Framebuffer中的數據格式了，你大可以很自信的自己把一屏的數據截取出來，把BGRA轉換成ARGB，然后轉換成bitmap，然后丟給ImageView顯示出來。比如，下面這段代碼：

long stat2 = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < pixels.length; i+=4) {

row = i / line_length;

if (row >= h) break;

if ((i - row * line_length) >= widthBytes) continue;

// fb0里面存儲的BGRA中的A都是FF

pixels[offset] =? (0xFF << 24) | ((Fb0Bytes[i + 2] & 0xFF) << 16) | ((Fb0Bytes[i + 1] & 0xFF) << 8) | (Fb0Bytes[i] & 0xFF);

offset++;

}

Logger.d("Moce time =? " + (System.currentTimeMillis() - stat2));

這段代碼你可以不用細看，你只要知道我只讀取一屏的數據，然后每次讀取4bytes，把BGRA轉換成了ARGB。但是這段代碼的平均執行時間是 250ms 。這實在是太慢了。為了提速，我第一個想到的是改用C語言來寫，但是并沒有質的提升。最后經過一番搜索，發現了一個很有名的開源庫：turbo-jpeg ！turbo-jpeg 會調用Arm cpu 的 Neon 協處理器的 SIMD 指令集，效率非常高！

4. 實例截圖功能的完整Android demo項目

我上傳了一個通過jni 實現截圖的功能完整demo項目到Github了，地址如下：https://github.com/faip520/AndroidFramebufferScreenshot

我簡單描述下實現的過程：

1. 打開 /dev/graphics/fb0 設備

2.把 fb0 設備內容中的一屏數據，通過 mmap 映射到自己的內存區

3.通過 turbo-jpeg 的接口，直接讀取 fb0 的信息，生成 jpeg 圖片數據

4.把得到的 jpeg 圖片數據返回到 java 層

5.通過BitmapFactory.decode 方法把 jpeg 圖片數據轉換成 bm，然后轉換成 BitmapDrawable 給 ImageView 顯示。

需要說明的是：我這份代碼，肯定不是適配所有機型的，你的機型有可能是

“三緩沖”，有可能不是 32位色，而是 RGB565 或者其他格式，xoffset 和 yoffset 的值也有可能

比較特別，甚至有可能Framebuffer 都不是 fb0

文件。這些情況下，你就要自己去修改我的代碼了。我這里只是介紹一個解決這種問題的分析模型。

5. 黑邊問題的處理 (圖像裁剪)

其實如果你的截圖出來有黑邊，或者只想截取其中一部分。可以看看我源碼里頭的這個地方：

tjCompress2(handle, framebuffer_memory,

// 希望生成的jpeg圖片的寬源數據里頭屏幕每行的字節數

300, finfo.line_length,

// 希望生成的jpeg圖片的高

100, TJPF_BGRA,

&jpeg_data, &jpegSize,

TJSAMP_444, 10,

TJFLAG_NOREALLOC);

其中第三個和第五個參數，就是你希望生成的jpeg 的寬高。比如 100 100，那就是只截取屏幕左上角的 100 * 100 個像素。配置這里就可以去掉黑邊，或者圖片裁剪。

? RAS

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