Android显示系统应用硬件加速技术的研究

论文摘要

作为功能特性非常丰富的嵌入式多媒体操作系统,Android因具有优良的跨平台特性,和强大的多媒体特性,以及软件开发的便捷性和开源特点,发展至今日,已延伸到了整个移动终端领域。为满足当今消费类电子产品的快速发展对嵌入式多媒体系统的性能要求,性能强劲的嵌入式图形加速器逐渐在Android操作系统中得到广泛和深入的应用。但是,由于嵌入式系统专用性的特点,嵌入式硬件加速体系没有统一标准,在实际应用中,因缺乏有效利用硬件特性的规范,Android现有设计框架无法充分利用某些硬件加速芯片的专有特性,因此在某些操作上性能表现没有达到最优情况,例如图形绘制情况。针对这一问题,本文对Android显示系统中的图形绘制机制进行了详细的分析和研究,基于北大众志Unicore硬件平台,重点研究Android显示系统中嵌入式2D硬件图形加速芯片的应用,课题需要解决的关键问题是在Android系统中设计和实现一种友好、高效并且能够充分发挥硬件性能的硬件加速层。在设计和实现过程中,本文在以下两方面给出了创新性的研究：1.基于UniGFX硬件加速芯片的硬件加速层的设计与实现。加速层的设计保持了Android屏蔽底层硬件的设计概念。在加速层中定义并实现了操作UniGFX加速芯片的接口,屏蔽了硬件加速的细节,降低了基于UniGFX编程的复杂度。2.基于上述UniGFX硬件加速层,针对Android显示系统的优化。通过利用UniGFX硬件通道,本文提出的优化策略减少了跨层函数的调用开销和数据在主存和显存间的交换次数。同时通过设计相关测试评估方案,本文对优化前后的Android系统的绘制方面进行性能评估。相关实验表明,在集成了2D显示加速芯片的Android系统上,系统图形绘制性能相对纯软件运算有了质的飞跃：在保持友好用户界面的基础之上,本方案令Android光标操作在正常使用时CPU占用率下降约88%,平均占用率低于7%；摄像预览的帧处理速度提升了1.5-6倍。由此可见本方案在实际应用中的有效性,同时也说明了硬件图形加速技术在Android系统中具有相当的应用价值。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 图形硬件加速技术
• 1.2.2 Android应用图形加速技术的问题
• 1.3 本文的研究工作
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 Android背景知识
• 2.1 Android概述
• 2.1.1 Android系统架构
• 2.2 Android显示系统的工作原理
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 基于Surface的窗体绘制机制
• 2.3 Overlay窗体绘制优化机制
• 2.4 本章小结
• 第三章 硬件平台及编程模式
• 3.1 Unicore 2硬件平台
• 3.1.1 主要特性
• 3.1.2 功能模块
• 3.2 UniGFX 2D显示加速芯片
• 3.2.1 宏观特性与功能结构
• 3.2.2 工作原理
• 3.2.3 可编程寄存器组
• 3.3 本章小结
• 第四章 硬件加速层的设计与实现
• 4.1 硬件加速层的设计原则
• 4.2 对UniGFX的抽象
• 4.2.1 数据结构及功能接口
• 4.3 硬件加速层的实现
• 4.3.1 控制寄存器组的操作
• 4.3.2 实现要点
• 4.4 本章小结
• 第五章 针对Android显示系统的优化
• 5.1 优化策略的定制
• 5.1.1 基本优化原理
• 5.2 Android绘制机制的步骤调整
• 5.2.1 光标事件处理流程
• 5.2.2 摄像预览的帧处理
• 5.3 优化工作的实施
• 5.3.1 硬件光标
• 5.3.2 摄像系统服务
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验与性能评估
• 6.1 实验环境与方法
• 6.2 实验结果
• 6.3 实验分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结与讨论
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文
• 从事科研项目