libhybris及EGL Platform-在Glibc生态中重用Android的驱动

ゝ一纸荒年。 2022-07-13 09:18 95阅读 0赞

原文地址：http://blog.csdn[.NET][]/jinzhuojun/article/details/41412587

libhybris主要作用是为了解决libc库的兼容问题，目的是为了在基于GNU C library的系统运行那些用bionic编译的库（主要是[Android][]下的闭源HAL库）。它在Ubuntu touch, WebOS, Jolla Sailfish OS等系统中都有使用。因为这些系统都是基于glibc生态的，然而现有的硬件厂商提供的driver多是为Android而写的，自然也是用bionic编译的。那么问题来了，说服厂商再写一套驱动不是那么容易的，就算写出来也需要经过一段时间才能变得成熟。那如何让基于glibc的系统能够重用现有Android的driver呢？这就需要像libhybris这样的兼容层。  
  
libhybris的源码可以从https://github.com/mer-hybris/libhybris.[Git][]下载。编译过程可参见《Sailfish OS Hardware Adaptation Development Kit Documentation》。它的一些主要目录如下：  
compat // 一些核心模块的compatibility layer。它主要用在Ubuntu Touch中，和hybris目录下的相应目录一起，组成实现Android模块抽象接口的跳板库的两端。这下面的都是基于bionic编译的。  
hybris // 主要功能实现。这下面的都是基于glibc编译的。  
common // glibc/bionic的处理，包含一个自定义的Android版本相关的linker。  
egl // EGL platform，这是一个backend无关的egl抽象。其中还包含若干个具体backend的实现。  
glesv1/glesv2 // GLES库的wrapper  
hardware // libhardware的wrapper。  
sf/camera/ui/input // 跳板库的glibc端。它们会利用libhybris来打开compat目录下对应的bionic版本的跳板库。  
libnfc\_nxp/libnfc\_ndef\_nxp/vibrator // 利用libhybris打开基于bionic的HAL库。  
utils // Utility脚本 ，如抽取用于编译的Android的头文件等。  
值得注意的是libhybris有好几个系统在用，每个系统用法还不太一样。代码的贡献者也分好几波。而这些代码都放在同个git中，所以阅读代码时还得留意下文件头。写着Canonical的一般是for Ubuntu Touch的。写着Jolla一般是for Sailfish OS的。写着Collabora一般是为了添加Wayland的支持。  
  
总得来说，libhybris在解决libc库兼容性问题的基础上，还有Android模块抽象兼容层（主要是Ubuntu Touch在用）和EGL platform（主要是Sailfish OS在用）的部分。下面分这几个部分简单阐述。

## **1. Bionic/glibc兼容** ##

前面提到过，libhybris的主要作用是libc的兼容，说白了就是把库中bionic的symbol替换成glibc中相应兼容的版本(当然对于其中一些会加些glue code)。它是主要工作原理是先为那些基于bionic编译的库写一个wrapper，当上层调用到这些库时，会首先load这个wrapper，这个wrapper就会使用一个自带的linker去load那些真正我们想load的库。这个自带的linker是一个基于Android中linker修改而成的版本，其中加入了对libc中symbol的特殊处理。下图是原理图。

![20141124144131508][]

图片来源： http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/Ubuntu%20Touch%20Internals\_1.pdf

我们知道libc和bionic在pthread, IPC, exception, STL, wchar等方面都是有差异的，两者并不完全兼容。这就意味着简单的symbol mapping不能解决所有问题。在libhybris，它是通过linker中维护的symbol映射hash表和在bionic中打一些patch来共同解决的。bionic中打的patch具体可参见《Sailfish OS Hardware Adaptation Development Kit Documentation》Release 1.0.2-EA2 中的12.2节或者mer-hybris的git。  
  
对于一个基于bionic编译的库，其加载过程大致是这样的：首先wrapper库中会调用android\_dlopen()来加载bionic编译的目标库。以gles库为例：  
64 static void \_\_attribute\_\_((constructor)) \_init\_androidglesv2() \{  
65 \_libglesv2 = (void \*) android\_dlopen(getenv("LIBGLESV2") ? getenv("LIBGLESV2") : "libGLESv2.so", RTLD\_NOW);  
66 GLES2\_LOAD(glBlendColor);  
其中GLES2\_LOAD宏为：  
50 \#define GLES2\_LOAD(sym) \{ \*(&\_ \#\# sym) = (void \*) android\_dlsym(\_libglesv2, \#sym); \}

对于这个库中的每个函数，都会调用android\_dlsym来找到其地址。看来神奇之处是android\_dlopen()和android\_dlsym()，它们的定义都在自带的linker中。先来看看android\_dlopen()：  
android\_dlopen()  
find\_library()  
load\_library() // 加载lib。  
open\_library() // open, read, lseek, etc.  
load\_segments()  
init\_library() // 初始化lib。  
link\_image()  
find\_library() // 递归加载所需要的库。  
reloc\_library() // 处理symbol重定位。  
call\_constructors\_recursive()  
// 忽略bionic版本的libc。  
  
其中的reloc\_library()中做了libc中symbol的hook：  
reloc\_library()  
get\_hooked\_symbol()  
hooks\_install()  
hook\_add() // 将 hybris/common/hooks.c中定义的hooks数组加入到hash表中(如没有加过)，待查。  
hook\_find() // 在hash表中查找该symbol，找到会直接返回，找不到会将尝试将其添加到hash表中。  
//白名单中的symbol会fallback到bionic中的版本。  
hook\_add\_from\_lib(sym, "librt.so") // 在librt.so中检查该symbol。  
dlopen(), dlsym()  
hook\_add()// 加到hash表中，待查。  
hook\_add\_from\_lib(sym, "libc.so.6") // 在libc.so.6中检查该symbol。  
dlopen(), dlsym()  
hook\_add() // 加到hash表中，待查。  
  
可以看到，这个包含symbol映射关系的hash表中包含了两部分：一部分是hooks这个数组中定义的映射。在这里面的多半是将symbol地址指向libhybris中实现的wrapper函数。wrapper中执行一些glue code来处理兼容性问题，然后调用到glibc版本的对应版本。 另一部分是bionic的symbol到libc.so.6和 librt.so中对应版本的直接映射。前者是静态定义的，后者是runtime生成的。

## 2. Android Abstraction Compatibility Layer ##

除了通过自带linker直接打开bionic的库这种方法外，还有种截在比较高层的方法就是在glibc和bionic世界通过跳板库来桥接。这种方法适用于有一个访问HAL的service，并且Client通过IPC申请服务的情况。下图是Ubuntu Touch早期的做法。它将Android作为Host，而Ubuntu作为Guest跑在Container里（2013.7后就倒过来了）。libhybris定义了一套Android模块抽象接口，用于Ubuntu世界(基于glibc)调用Android世界(基于bionic)的服务。

![20141124145545033][]

图片来源：http://sysmagazine.com/posts/180505/

可以看到，对于一个模块，有两个实现了模块抽象接口的跳板库。这对跳板库有两个对应的so组成(如文章前面提到的)，一个是glibc的，一个是bionic的。前者会通过libhybris来load后者，两个世界就通过它们桥接起来了。然后bionic那个会通过IPC向service申请服务，而service可以是链接bionic的。通过这套机制，glibc世界就间接地使用了HAL层。

## 3. EGL Platform ##

除此之外，在Graphics方面，libhybris还实现了EGL platform，这是一套backend无关的遵循egl接口的图形平台，以及多个backend的实现（如fbdev, hwcomposer, wayland, null）。它们的共同接口是ws\_module(其中有init\_module(), CreateWindow(), eglQueryString(), finishSwap()等)。hybris/egl/platform目录下，每个backend实现都会有一个名为ws\_module\_info的函数指针数组，其中是ws\_module这个接口的实现函数。因此，上层要使用backend首先要获得这个结构。几个backend目录如下：  
 \*  common （libhybris-eglplatformcommon.so）：各个backend通用的部分，如BaseNativeWindow，BaseNativeWindowBuffer等，还有Wayland的支持。  
 \*  fbdev （eglplatform\_fbdev.so）：定义了FbDevNativeWindow，其中打开framebuffer HAL，通过fbPost()往FB上绘制。对于Wayland compositor来说，一般设成fbdev（如果直接操作framebuffer）或者下面的hwcomposer（如果用hwcomposer合成）。  
 \*  null （eglplatform\_null.so）：通过android\_createDisplaySurface()创建FramebufferNativeWindow，FramebufferNativeWindow是Android早期用于操作FB的类。  
 \*  wayland （eglplatform\_wayland.so）：创建WaylandNativeWindow，其中finishSwap()时向Wayland compositor提交buffer。对于Client来说，如果想要用egl接口来向compositor请求绘制，设成wayland即可。  
 \*  hwcomposer （eglplatform\_hwcomposer.so）：定义了HWComposerNativeWindow。真正用时，会创建其实现类HWComposer。调用eglSwapBuffers() -> queueBuffer()时会调用HWComposer的present()函数。最终调用hwcomposer HAL的prepare()和set()函数。如qt5-qpa-hwcomposer-plugin是hwcomposer backend的实现，源码位于https://github.com/mer-hybris/qt5-qpa-hwcomposer-plugin.git  
  
hybris/egl/目录中为libEGL的实现，它是真正libEGL（基于bionic那个）的wrapper，它会load真正的libEGL库，同时也会hook某些函数，同时也会增加一些扩展函数。具体来说，上层对EGL接口的调用，分三种情况：  
1. 对于大多数函数，由于它们是backend无关的，因此通过之前的android\_dlopen(), android\_dlsym()得到真实libEGL库中的地址，映射过去进行调用就行。  
2. 对于几个关键函数，如eglCreateWindowSurface()，eglSwapBuffers()等，这些是backend相关的。需要对它们进行hook，加进glue code。以eglCreateWindowSurface()为例，首先会调用eglplatform的接口(ws\_module)的wrapper函数（ws\_CreateWindow()）。这个wrapper首先会调用\_init\_ws()初始化真正的backend，具体基于哪个backend是在\_init\_ws()里根据环境变量HYBRIS\_EGLPLATFORM或EGL\_PLATFORM选择的。初始化后会调用相应backend的实现函数中（如wayland backend的话是waylandws\_CreateWindow()）。在其中创建完本地窗口对象后，接着还是会调用真实的eglCreateWindowSurface()来把创建的本地窗口传给EGL层。  
eglCreateWindowSurface(dpy, config, win, ...) // win的类型为wl\_egl\_window。  
 EGL\_DLSYM(&\_eglCreateWindowSurface, ...) // 找到真实的那个eglCreateWindowSurface()地址。  
 win = ws\_CreateWindow(win, ...) // 为wl\_egl\_window创建本地窗口WaylandNativeWindow。  
 \_init\_ws()  
 ws = dlsym(wsmod, "ws\_module\_info"); // load backend-specifc module  
 ws->CreateWindow() // backend-specific implementation  
 (\*\_eglCreateWindowSurface)(win,...) // 调用真实的eglCreateWindowSurface()函数。

3. 另外，这个libEGL的wrapper还会增加一些额外的扩展函数，如eglBindWaylandDisplayWL()。它通过hook eglQueryString()和eglGetProcAddress()函数来实现。前者会返回EGL\_WL\_bind\_wayland\_display的字符串，表示支持该扩展。eglGetProcAddress()则会返回其地址：  
eglGetProcAddress()  
ws\_eglGetProcAddress()  
return ws->eglGetProcAddress(procname) // eglplatformcommon\_eglGetProcAddress()  
这个函数实现在eglplatformcommon.c，这里就可以加很多标准EGL不支持的函数，如eglBindWaylandDisplayWL()/eglUnbindWaylandDisplayWL()/eglQueryWaylandBufferWL()等。

由此，可以看到libhybris中的EGL platform结构大体如下：

![SouthEast][]

下面以wayland backend为例，大体描述下客户端(simple-egl)通过EGL platform向Wayland compositor(Weston)提交渲染申请的过程。

首先，在Server端，会调用刚才提到的EGL扩展函数eglBindWaylandDisplayWL()，它会调用server\_wlegl\_create()，其作用是在Server端注册server\_wlegl的global资源对象，该对象接口为android\_wlegl\_interface(其中包含了create\_handle(), create\_buffer()接口)。以后Client就可以通过Wayland扩展协议向Server端提交图形缓冲区，然后通过Wayland协议通知Compositor渲染新buffer。

![SouthEast 1][]

Server端的初始化后，在Client端，先调用wl\_compsitor\_create\_surface()通过Wayland协议创建窗口的代理对象wl\_surface，然后调用wl\_egl\_window\_create()创建硬件渲染窗口结构wl\_egl\_window，它在之后的eglCreateWindowSurface()中作为参数传入。在Wayland backend中，接着会调用waylandws\_CreateWindow()。它创建WaylandNativeWindow，前面创建的wl\_egl\_window会设到这个WaylandNativeWindow的成员变量中。这个WaylandNativeWindow继承自ANativeWindow，因此它可以被传到真正的EGL库的eglCreateWindowSurface()中。可以看到，wl\_egl\_window是一个Wayland下硬件渲染窗口的抽象，它一头连着类型EGLNativeWindowType的WaylandNativeWindow与下层EGL连接，一头连着wl\_surface与Wayland compositor连接。

![SouthEast 2][]  
  
之后Client进行绘制，绘制完后调用eglSwapBuffers()，libhybris提供的libEGL wrapper中会将之转化为：

ws\_prepareSwap()  
waylandws\_prepareSwap()  
WaylandNativeWindow::prepareSwap()  
(\*\_eglSwapBuffers)(); // 真实libEGL中的eglSwapBuffers()函数  
WaylandNativeWindow::queueBuffer()  
WaylandNativeWindow::dequeueBuffer()  
ws\_finishSwap()  
waylandws\_finishSwap()  
WaylandNativeWindow::finishSwap()  
wlbuffer\_from\_native\_handle() // 通过Wayland协议向Wayland compositor传输图形缓冲区句柄。这里用到了前面在Server端创建的server\_wlegl资源对象。  
wl\_surface\_attach/damage/commit() // 通过Wayland协议向Wayland compositor提交更新buffer和重绘请求。

对于Wayland协议相关通信简介，可以参考此文（http://blog.csdn[.Net][.NET]/jinzhuojun/article/details/40264449）。下图简单画了Client通过libhybris中的wayland backend来渲染的过程。

![SouthEast 3][]

对于其它的backend，原理也是一样的，只是ANativeWindow的具体实现类不同而已。如hwcomposer backend的话，WaylandNativeWindow的位置就被替换为HWComposerNativeWindow，当queueBuffer()时，会调用其实现继承类(如test\_hwcomposer或qt5-qpa-hwcomposer-plugin中的HWComposer)的present()函数将该帧交由hwcomposer处理。再如fbdev backend，用的就是FbDevNativeWindow，它在queueBuffer()时会调用framebuffer HAL的post()将该帧放到FB中。null backend就更省事了，直接借用了Android中的FramebufferNativeWindow。

[.NET]: http://lib.csdn.net/base/dotnet
[Android]: http://lib.csdn.net/base/android
[Git]: http://lib.csdn.net/base/git
[20141124144131508]: /images/20220713/b2423086408d4d3bbe49a86fcbdfb38e.png
[20141124145545033]: /images/20220713/dd9621063b3e49538a2220309b0c5c58.png
[SouthEast]: /images/20220713/1fce7c76cce24de6b5518fc803712ead.png
[SouthEast 1]: /images/20220713/5fbd13f7b89248e6929a8b785ea0eebb.png
[SouthEast 2]: /images/20220713/4787d5378b544277a099318670aaf3aa.png
[SouthEast 3]: /images/20220713/37989a96963d45f8b2df96b63dfe4b65.png