演講嘉賓 | 黃 然

回顧整理 | 廖 濤

排版校對 | 李萍萍

嘉賓簡介

黃然，華為終端BG軟件部資深圖形技術專家，華為終端游戲標準、工具和分析創(chuàng)始人，GPU Turbo黑科技核心成員，在OpenHarmony社區(qū)上擔任開源圖形驅動SIG、游戲SIG、兼容性工作組組長等職務。

內容來源

第一屆開放原子開源基金會OpenHarmony技術峰會——OS內核及視窗分論壇

正 文 內 容

圖形驅動也是一種軟件程序，它串聯(lián)了操作系統(tǒng)和應用程序與計算機圖形硬件進行通信和交互，是發(fā)揮硬件性能為操作系統(tǒng)提供高質量圖形顯示的關鍵環(huán)節(jié)。OpenHarmony在開源圖形驅動的使用和落地上做了哪些工作呢？OpenHarmony游戲SIG組、圖形驅動SIG組組長、華為終端圖形資深技術專家黃然在第一屆OpenHarmony技術峰會上給大家?guī)砹藥c分享。

01?

OpenHarmony圖形驅動面臨的挑戰(zhàn)

圖形驅動技術的演進始終跟GPU硬件的發(fā)展相關。1975年至今，隨著GPU硬件由早期的專業(yè)領域高端圖形工作站發(fā)展到臺式機GPU顯卡，再到如今的移動終端、云和服務器GPU顯卡，圖形驅動API也由OpenGL演進到了DirectX。

目前，圖形驅動領域的主流廠商都對自身的核心代碼閉源，Arm Mali、Qualcomm Adreno和Nvidia等開源圖形驅動也并沒有特別“Open”。

隨著開源運動的興起和成功，AMD和英特爾等公司的圖形驅動開源建立了良好的生態(tài)，也取得了不錯的效果。對OpenHarmony這樣一個完全開源的操作系統(tǒng)來說，圖形開源驅動有很好的借鑒和學習意義，當然也存在著諸多挑戰(zhàn)。掌握開源圖形驅動有多難呢？首先圖形驅動的開發(fā)和研究需要具備扎實的軟硬件開發(fā)功底，且由于開源圖形驅動在國內的發(fā)展很慢，少有開發(fā)者專門從事該項工作，缺乏技術交流和實踐經驗分享。下圖為黃然老師前期在開源驅動領域學習和研究所做的筆記：

此外，對于OpenHarmony來說，當前大部分的小廠商無法獲得閉源GPU廠商的支持，導致視覺流暢體驗較差，限制了非常多OpenHarmony產品的商用，在一定程度上也阻礙了OpenHarmony生態(tài)的推廣。

02?

開源圖形驅動架構介紹

由于從驅動角度，OpenHarmony富設備的內核是基于Linux的，故首先介紹下Linux開源驅動的整體架構。整個驅動的架構可以分為2D和3D兩個部分，2D部分的比較老的框架是基于X11，而比較新的框架是基于Wayland。

3D的部分驅動通過mesa，將OpenGLES或者Vulkan的API以及shader轉化為硬件的ISA。而2D的DDX驅動通過glamor也可以走到mesa層，這樣避免了2D和3D分岔的驅動路線（過去曾經是分岔的，2D走DDX）。

整體的驅動是UMS+KMS結構，UMS負責用戶層驅動的解析，而KMS用來做顯示和硬件渲染，通過libdrm和DRM來形成UMS到KMS的傳遞。

在圖形驅動中有幾個關鍵概念：

一是LLVM、TGSI和Gallium。TGSI是一種用于描述著色器的中間語言，是所有驅動程序使用的唯一中間表示，所有的Shader都會轉化為中間的IR。而Gallium是LLVM的后端，能夠基于不同硬件進行不同硬件的ISA繪制，如圖中的radeonsi就是AMD的radeon的后端渲染。

二是ISA。ISA由控制流（CF）指令、ALU指令、通過紋理緩存提取的指令和通過頂點緩存提取的指令組成，其中控制流程序通過使用控制流指令（條件跳轉、循環(huán)和子例程）來指導程序子句的流，包括內存分配指令和其他指令，這些指令可以指定頂點和幾何程序何時完成相關操作，類似CPU的匯編語言。

三是Fence。Fence能夠讓GPU和CPU協(xié)調工作，提高圖像顯示的速度。通過Fence機制產生的GPU的事件，能夠保證用戶態(tài)程序下發(fā)的渲染命令被順序執(zhí)行，從而保證上層應用程序渲染相關數(shù)據(jù)的一致性。

03?

開源圖形驅動在OpenHarmony上的移植

OpenHarmony驅動框架支持多種接入模式，能夠實現(xiàn)南向硬件的快速部署。其中，顯示框架支持Display_Gralloc、Display_Gfx和Device HDI的3類南向接口，其中，Display_Gralloc負責內存分配；Display_Gfx負責圖形硬件2D繪制，可以用于離線合成；Device HDI負責顯示設備特性管理，包括屏幕顯示，在線及離線硬件合成，硬件Vsync，顯示設備色彩管理等。在開發(fā)板能力支持方面，RK3568和HI3516dv300支持DRM內存分配、DRM送顯以及硬件離線合成，HI3751V350支持支持FbDev 和DmaBuf-Heap、支持FbDev顯示，不支持硬件離線合成。

針對上述OpenHarmony驅動框架的整體情況，開源GPU驅動的適配工作主要分為以下3個階段進行：（1）驗證內核panfrost驅動和用戶態(tài)panfrost驅動可以正常工作；（2）開源GPU驅動適配OpenHarmony（Flutter+weston）舊框架；（3）開源GPU驅動適配OpenHarmony（RenderService）新框架。目前，越來越多的興趣開發(fā)者參與到了OpenHarmony的開源圖形驅動適配和移植的工作中，近期有一些用戶已經成功將高通開源驅動移植到移動終端上，使其能夠運行一些2D和3D的應用。這意味著開源驅動在OpenHarmony上生態(tài)正在朝著良好的方向發(fā)展。

從GLmark2跑分情況來看，OpenHarmony開源驅動在2D的紋理處理等方面表現(xiàn)比閉源驅動優(yōu)異，在關鍵的著色和陰影、地形等偏3D的方面表現(xiàn)還較差。即便如此，在2D和3D開源圖形驅動上的性能提升已經足以滿足絕大多數(shù)產品的需求。

當然，在這個過程中，還有一些伙伴參考當前的工作，把高通的freedreno開源驅動也完成了移植，并且可以在小米等手機上可以運行和使用開源驅動，如下：

未來我們還會在X86基礎的AMD以及Intel GPU上使能開源驅動，服務于OpenHamrony，也希望更多的小伙伴可以一起加入社區(qū)微信群SIG-OpenGfxDrv共建圖形驅動，對應的gitee鏈接為：https://gitee.com/openharmony/third_party_mesa3d

04?

總結&展望

真正想做好圖形競爭力，就要了解GPU的工作機制和圖形驅動原理，OpenHarmony社區(qū)正是一個交流和學習的良好平臺；OpenHarmony開源圖形驅動是未來趨勢，也會是歷史最終選擇，希望有越來越多的興趣開發(fā)者能夠參與到開源圖形驅動的適配和移植工作中來，共建OpenHarmony生態(tài)。

E N D

關注我們，獲取更多精彩。