康金榮+彭宏利
摘 要:提出了一種在ARM/Android平臺上實現(xiàn)雙屏異顯功能的方法。所謂雙屏異顯,即在同一軟硬件平臺上,實現(xiàn)同時驅動兩塊LCD屏幕,并且這兩塊屏幕所顯示的內容可以不同。這種功能的實現(xiàn)一方面降低了硬件設備成本,另一方面對于提高消費場景的交互性具有重要意義。
關鍵詞:Android;POS;雙屏異顯;LCD;消費場景
DOIDOI:10.11907/rjdk.162114
中圖分類號:TP319
文獻標識碼:A文章編號:1672-7800(2016)012-0118-03
0 引言
近年來,隨著ARM SOC與Android 生態(tài)組合的快速發(fā)展,其應用已經從智能移動終端(如智能手機、平板電腦等消費電子領域)滲透到各行各業(yè)。但受制于芯片體系結構和操作系統(tǒng)架構設計,在Android 平臺上,通常只能實現(xiàn)同步雙屏的一些應用,如基于智能手機的顯示器應用或者基于平板電腦的投影儀應用。在這樣的應用中,大屏只能作為小屏的延伸,兩塊不同的屏上只能顯示相同的內容,專業(yè)上可稱為同步雙顯或稱雙屏同顯技術。但在現(xiàn)實應用場景中,雙屏異顯功能更能滿足人們的需要。
本文提出了一種在Android平臺上實現(xiàn)雙屏異顯的方案。該方案以瑞芯微公司推出的RK3288芯片為硬件平臺,以Android為移動操作系統(tǒng),通過開發(fā)的APP實現(xiàn)雙屏異顯功能。
1 實現(xiàn)原理
Android框架中與顯示相關的組件主要有Activity、Windows、WindowState、Windows Manager Service、Display Manager Service、Surface Manager/Surface Flinger、Display HAL(Hardware Abstraction Layer)以及Linux Kernel中顯示方面的驅動等。Android平臺的顯示框架如圖1所示。
各層模塊功能說明如下[1-2]:①Activity:應用程序的主要生命周期載體,顯示過程中的內容提供者;②Windows:窗體組件為應用顯示的載體組件,應用的界面交互將全部通過窗體組件呈現(xiàn);③WindowState:窗體組件的實例,用于窗體狀態(tài)運營和各屬性的組成傳遞;④Windows Manager Service:窗口管理服務是Android系統(tǒng)整個運行狀態(tài)中所有應用窗體的各管理服務,主要負責窗體狀態(tài)的轉換和上下層之間的信息傳遞;⑤Display Manager Service:顯示設備管理服務是管理Android系統(tǒng)中邏輯顯示設備的服務,主要響應顯示參數(shù)獲取和相關狀態(tài);⑥Surface Manager/Surface Finger:系統(tǒng)級顯示管理服務,處理圖形合成,顯示狀態(tài)切換及硬件設備參數(shù)調整等;⑦Display HAL(Hardware Abstraction Layer):對于硬件操作的抽象層,通過封裝部分JNI的接口與Framework以及APP層進行互動;⑧Kernel Driver:內核驅動處理顯示硬件設備細節(jié)參數(shù)運行。
2 詳細設計
2.1 Android平臺下雙屏異顯設計
Android 平臺在4.2版本之后新增了對于多屏的支持,主要有3種屏幕類型:主屏幕(Primary Display)、外屏幕(External Display)和虛擬屏幕(Virtual Display)。其中自帶屏幕一般識別為主屏幕,而HDMI將會被設為外屏幕。為了方便APP訪問上述3種屏幕,Android還提供了一個統(tǒng)一的屏幕管理服務DisplayManagerService。雖然屏幕被劃分為3種類型,但是建立于它們之上的窗口合成以及渲染依然統(tǒng)一由SurfaceFlinger管理。這些新特性的引入確保了雙屏異顯的框架基礎。
2.1.1 Application到Framework
Android的應用以Activity為基礎。應用在啟動時會向系統(tǒng)申請建立新的Activity,系統(tǒng)通過Activity Manager Service創(chuàng)建Activity并賦予相應的運行環(huán)境,系統(tǒng)通過調用返回給Activity一個可操作WindowState的對象用于顯示。應用顯示的過程將會通過系統(tǒng)和自己擁有的WindowState與底層進行交換,而內容最終生成于WindowState指向的Surface之中。
2.1.2 Framework到本地庫
應用的Activity所需顯示部分將由ActivityManagerService通過View -> ViewRoot -> Window 的關系最終向WindowsManagerService申請一個新Window。WindowsManagerService通過系統(tǒng)本地運行調用,最終生成一個新的Surface封裝在WindowState中提供給Activity。DisplayManagerService是用于管理顯示的邏輯設備的一個中間層服務,主要用于維護已注冊的顯示設備對象列表并向系統(tǒng)提供各顯示設備的參數(shù)和運行情況。WindowsManagerService在運行過程中將會評估當前設備的顯示設備對象,通過DisplayManagerService獲取當前已經在線的顯示設備對象進行操作。其主要操作是將WindowState、Surface等軟件中抽象的對象與實際的邏輯顯示設備對象進行綁定,此外,將對比當前顯示參數(shù)和邏輯顯示設備的實際參數(shù),最終將對比結果提供給下層用于圖像的適配和變形。
2.1.3 本地庫與Kernel
本地庫中顯示子系統(tǒng)中的最重要部分——Surface Manager/Surface Flinger。Surface Manager將負責管理顯示與存取操作間的互動,Surface Flinger將已傳送的各Surface內容以及應用所申請2D、3D的繪圖進行系統(tǒng)級合成,并且管理雙FB刷新機制。合成結果將直接送入Framebuffer進行顯示。其中如果硬件有相應的加速設備可通過OpenGL/ES進行圖像硬件加速,Display Manager Service則可通過Surface 和Display HAL獲取較多的硬件設備參數(shù)。
2.2 Android平臺下雙屏異顯實現(xiàn)
2.2.1 概述
Android支持多屏幕框架為雙屏異顯工作提供了諸多便利,如Surface Manger在識別到當前設備擁有多個邏輯顯示設備時,可根據(jù)需要創(chuàng)立對應的Surface; 通過Display Manager Service 也可方便地獲取到顯示設備列表并進行操作。下文將對雙屏異顯中的技術核心點進行闡述。
2.2.2 Window Manager Service的改造
Window Manager Service是一個顯示控制方面的核心服務,選擇通過Window Manager Service進行改造會較為方便地獲取到各個運行的顯示相關服務的通訊通路,以及所有窗體的狀態(tài)控制,從而可以減少對于原生系統(tǒng)框架的修改,減少引入Bug和統(tǒng)一性降低的風險[3]。
Android系統(tǒng)通過一個WindowState的列表維護當前窗體棧,列表從開始直至結束代表當前窗體顯示的窗體景深(前后)布局順序。該列表與當前顯示默認設備綁定,而WindowState 本身包含著當前窗體的Surface信息。以上實現(xiàn)了默認顯示設備、WindowState列表以及各Window 的Surface的連接關系。
修改雙屏異顯功能如圖2所示。
根據(jù)當前顯示情況進行判斷,若當前是雙屏同顯狀態(tài),有應用請求顯示至第二塊屏幕上。首先按照默認窗體棧,也即默認WindowState列表創(chuàng)立一個新的窗體棧——第二窗體棧,通過Display Manager Service獲取第二塊屏幕操作上下文對象DisplayContent并將新創(chuàng)建的第二窗體棧與獲取的上下文對象綁定。這時從第一窗體棧中查找當前應用的窗體狀態(tài)對象WindowState,獲取后將其添加到第二窗體棧中,并從默認窗體棧中將這個窗體對象移除。
若當前顯示狀態(tài)已經為雙屏異顯狀態(tài),則查找默認窗體棧獲取當前應用的窗體對象WindowState,將第二窗體棧中的應用窗體移動到默認窗體棧棧頂,然后將當前應用的窗體對象移動給第二窗體棧[4]。
偽代碼表示:
moveAppToSecondDisplay(CurrnetID)
{
//查找第二塊屏幕
displayCount=mDisplayContents.size();
defaultContent=getDefaultDisplayContent();
secondDisplayContent = null;
for(int i = 0; i < displayCount;i++)
{
tempContent=mDisplayContents.valueAt(i);
if(tempContent != defaultContent){
secondDisplayContent = tempContent;
break;
}
}
//查找當前應用窗體并綁定顯示屏幕
currentWindowState = null;
defaultWindowList=defaultContent.getWindowList();
secondWindowList=secondDisplayContent.getWindowList();
for(int i=defaultWindowList.size()-1;i>=0;i--)
{
currentWindowState=defaultWindowList.get(i);
if(currentWindowState.groupId; == CurrnetID) break;
defaultWindowList.remove(win);
currentWindowState.DisplayContent = secondDisplayContent;
//移動窗體
SecondDisplayAppMoveBack();
secondWindowList.add(currentWindowState);
}
撤銷雙屏異顯時,將第二窗體棧中的應用窗體移動至默認窗體棧棧頂,銷毀創(chuàng)建的第二窗體棧,有Display狀態(tài)配置成雙屏同顯。
3 結語
本文從硬件到軟件,自上而下分層分模塊地描述了在ARM/Android的軟硬件平臺上雙屏異顯應用于智能POS的實現(xiàn)方法,該方法相對而言具有低成本、低功耗以及高開放度的硬軟件組合等特點,所實現(xiàn)的雙屏異顯不僅能應用在智能POS上,而且針對各行各業(yè)需要交互的場景都具有很好的參考價值。
參考文獻:
[1] 文泉.無線POS機系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學,2013.
[2] CHANDRIAN P.Efficient Java native interface for Android based mobile devices[D].Arizona:Arizona State University,2011.
[3] 曹凱.基于Android的POS機刷卡器驅動設計[D].青島:中國海洋大學,2013.
[4] 范鋒.Android的架構與應用開發(fā)研究[J].信息與電腦:理論版,2012(5):34.
(責任編輯:孫 娟)