Android 在 3.0 版之前, 包括Android 2.2, 原生UI 的效能一直讓使用者有所微詞. 部分的原因在於UI 上的所有圖形, 都使用 CPU rendering. 要提高 UI
rendering 的效能, 除了改以特定硬體加速, 例如 GPU 或是 2D engine, 另外一個方法就是針對程式代碼進行優化, 包括針對效能
瓶頸部分, 改用處理器所提供更有效率的指令完成. 當然, 繪圖的加速只是一部分, 另外像是
touch panel , 系統中 event dispatch 的效能, 也會對 UI 的整體反應速度有所影響.
瓶頸部分, 改用處理器所提供更有效率的指令完成. 當然, 繪圖的加速只是一部分, 另外像是
touch panel , 系統中 event dispatch 的效能, 也會對 UI 的整體反應速度有所影響.
這篇文章要介紹的是 drawBitmap 的優化, 如下圖一中的icon (橘色框出其中一個)就是用 skia 中的 SkDraw::drawBitmap() 相關函式完成.
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| 圖一 |
修改程式代碼後, 執行結果如圖二, 可看出每個 icon (bitmap) 實際上的大小範圍. 這代表Skia drawBitmap 所要處理的每個 icon 資料量.
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| 圖二 |
現在來看 drawBitmap相關的程式代碼, 先看Skdraw::drawBitmap 函式, 代碼位置在: \external\skia\src\core\SkDraw.cpp,
函式如下:
01 void SkDraw::drawBitmap(const SkBitmap& bitmap, const SkMatrix& prematrix, 02 const SkPaint& paint) const 03 { 04 SkDEBUGCODE(this->validate();) 05 06 // nothing to draw 07 if (fClip->isEmpty() || 08 bitmap.width() == 0 || bitmap.height() == 0 || 09 bitmap.getConfig() == SkBitmap::kNo_Config || 10 (paint.getAlpha() == 0 && paint.getXfermode() == NULL)) 11 { 12 return; 13 } 14 15 // run away on too-big bitmaps for now (exceed 16.16) 16 if (bitmap.width() > 32767 || bitmap.height() > 32767) 17 { 18 return; 19 } 20 21 SkAutoPaintStyleRestore restore(paint, SkPaint::kFill_Style); 22 23 SkMatrix matrix; 24 if (!matrix.setConcat(*fMatrix, prematrix)) 25 { 26 return; 27 } 28 29 if (clipped_out(matrix, *fClip, bitmap.width(), bitmap.height())) 30 { 31 return; 32 } 33 34 if (fBounder && just_translate(matrix, bitmap)) 35 { 36 SkIRect ir; 37 int32_t ix = SkScalarRound(matrix.getTranslateX()); 38 int32_t iy = SkScalarRound(matrix.getTranslateY()); 39 ir.set(ix, iy, ix + bitmap.width(), iy + bitmap.height()); 40 if (!fBounder->doIRect(ir)) 41 { 42 return; 43 } 44 } 45 46 // only lock the pixels if we passed the clip and bounder tests 47 SkAutoLockPixels alp(bitmap); 48 // after the lock, check if we are valid 49 if (!bitmap.readyToDraw()) 50 { 51 return; 52 } 53 54 if (bitmap.getConfig() != SkBitmap::kA8_Config && 55 just_translate(matrix, bitmap)) 56 { 57 int ix = SkScalarRound(matrix.getTranslateX()); 58 int iy = SkScalarRound(matrix.getTranslateY()); 59 uint32_t storage[kBlitterStorageLongCount]; 60 SkBlitter* blitter = SkBlitter::ChooseSprite(*fBitmap, paint, 61 bitmap, ix, iy, 62 storage, sizeof(storage)); 63 if (blitter) 64 { 65 SkAutoTPlacementDelete<SkBlitter> ad(blitter, storage); 66 67 SkIRect ir; 68 ir.set(ix, iy, ix + bitmap.width(), iy + bitmap.height()); 69 70 SkRegion::Cliperator iter(*fClip, ir); 71 const SkIRect& cr = iter.rect(); 72 73 for (; !iter.done(); iter.next()) 74 { 75 SkASSERT(!cr.isEmpty()); 76 //LOGE("SKBITMAP0 : blit\n"); 77 blitter->blitRect(cr.fLeft, cr.fTop, 78 cr.width(), cr.height()); 79 } 80 return; 81 } 82 } 83 84 // now make a temp draw on the stack, and use it 85 // 86 SkDraw draw(*this); 87 draw.fMatrix = &matrix; 88 89 if (bitmap.getConfig() == SkBitmap::kA8_Config) 90 { 91 draw.drawBitmapAsMask(bitmap, paint); 92 } 93 else 94 { 95 SkAutoBitmapShaderInstall install(bitmap, &paint); 96 97 SkRect r; 98 r.set(0, 0, SkIntToScalar(bitmap.width()), 99 SkIntToScalar(bitmap.height())); 100 // is this ok if paint has a rasterizer? 101 102 draw.drawRect(r, paint); 103 } 104 }
其中比較關鍵的是第 60~62 行
SkBlitter* blitter =
SkBlitter::ChooseSprite(*fBitmap, paint, bitmap, ix, iy, storage,
sizeof(storage));
以及 77~78
blitter->blitRect(cr.fLeft, cr.fTop,
cr.width(), cr.height());
這兩段代碼.
001 SkBlitter* SkBlitter::ChooseSprite( const SkBitmap& device, 002 const SkPaint& paint, 003 const SkBitmap& source, 004 int left, int top, 005 void* storage, size_t storageSize) 006 { 007 SkSpriteBlitter* blitter; 008 009 switch (device.getConfig()) 010 { 011 case SkBitmap::kRGB_565_Config: 012 //LOGI("SKBITMAP0 : dst=565\n"); 013 blitter = SkSpriteBlitter::ChooseD16(source, paint, 014 storage, storageSize); 015 //blitter = NULL; 016 break; 017 case SkBitmap::kARGB_8888_Config: 018 //LOGI("SKBITMAP0 : dst=8888\n"); 019 blitter = SkSpriteBlitter::ChooseD32(source, paint, 020 storage, storageSize); 021 //blitter = NULL; 022 break; 023 default: 024 blitter = NULL; 025 break; 026 } 027 028 if (blitter) 029 blitter->setup(device, left, top, paint); 030 return blitter; 031 }此函式的關鍵部分是檢查 device 的 color format, 這裡的 device指的是 launcher 的 framebuffer. 這裡有 RGB565 以及 ARGB8888 兩種格式, 以 RGB565 為例子, 會調用到 SkSpriteBlitter::ChooseD16() 這個函式. 代碼在 \external\skia\src\core\SkSpriteBlitter_RGB16.cpp
001 SkSpriteBlitter* SkSpriteBlitter::ChooseD16(const SkBitmap& source, 002 const SkPaint& paint, 003 void* storage, size_t storageSize) 004 { 005 if (paint.getMaskFilter() != NULL) // may add cases for this 006 { 007 return NULL; 008 } 009 if (paint.getXfermode() != NULL) // may add cases for this 010 { 011 return NULL; 012 } 013 if (paint.getColorFilter() != NULL) // may add cases for this 014 { 015 return NULL; 016 } 017 018 SkSpriteBlitter* blitter = NULL; 019 unsigned alpha = paint.getAlpha(); 020 021 switch (source.getConfig()) 022 { 023 case SkBitmap::kARGB_8888_Config: 024 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_S32_BlitRowProc, 025 storage, storageSize, (source)); 026 break; 027 case SkBitmap::kARGB_4444_Config: 028 if (255 == alpha) 029 { 030 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_S4444_Opaque, 031 storage, storageSize, (source)); 032 } 033 else 034 { 035 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_S4444_Blend, 036 storage, storageSize, (source, alpha >> 4)); 037 } 038 break; 039 case SkBitmap::kRGB_565_Config: 040 if (255 == alpha) 041 { 042 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_S16_Opaque, 043 storage, storageSize, (source)); 044 } 045 else 046 { 047 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_S16_Blend, 048 storage, storageSize, (source, alpha)); 049 } 050 break; 051 case SkBitmap::kIndex8_Config: 052 if (paint.isDither()) 053 { 054 // we don't support dither yet in these special cases 055 break; 056 } 057 if (source.isOpaque()) 058 { 059 if (255 == alpha) 060 { 061 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_SIndex8_Opaque, 062 storage, storageSize, (source)); 063 } 064 else 065 { 066 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_SIndex8_Blend, 067 storage, storageSize, (source, alpha)); 068 } 069 } 070 else 071 { 072 if (255 == alpha) 073 { 074 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_SIndex8A_Opaque, 075 storage, storageSize, (source)); 076 } 077 else 078 { 079 SK_PLACEMENT_NEW_ARGS(blitter, Sprite_D16_SIndex8A_Blend, 080 storage, storageSize, (source, alpha)); 081 } 082 } 083 break; 084 default: 085 break; 086 } 087 return blitter; 088 }SkSpriteBlitter::ChooseD16() 函式的目的是根據 source bitmap 的 color format 產生一個適當的 blitter. 在 skia 中 blitter 的角色就如它的名字, blitter 會在 source bitmap 以及 destination bitmap 之間做資料的運算以及搬移. 以筆者的例子, source bitmap 以及 destination bitmap的 color format 分別是 ARGB8888 以及 RGB565 因此由第23~26行代碼, 會產生Sprite_D16_S32_BlitRowProc型別的 blitter. SkSpriteBlitter::ChooseD16() 函式以此 blitter 做為返回值. 返回 SkBlitter::ChooseSprite() 後, SkBlitter::ChooseSprite() 會調用該 blitter的 setup 函式(). Sprite_D16_S32_BlitRowProc 類別的 setup() 函式位置在
\external\skia\src\core\SkSpriteBlitter_RGB16.cpp ,內容如下:
001 virtual void setup(const SkBitmap& device, int left, int top,
002 const SkPaint& paint)
003 {
004 this->INHERITED::setup(device, left, top, paint);
005
006 unsigned flags = 0;
007
008 if (paint.getAlpha() < 0xFF)
009 {
010 flags |= SkBlitRow::kGlobalAlpha_Flag;
011 }
012 if (!fSource->isOpaque())
013 {
014 flags |= SkBlitRow::kSrcPixelAlpha_Flag;
015 }
016 if (paint.isDither())
017 {
018 //flags |= SkBlitRow::kDither_Flag;
019 }
020 fProc = SkBlitRow::Factory(flags, SkBitmap::kRGB_565_Config);
021 }
022
重點在 Proc = SkBlitRow::Factory(flags,
SkBitmap::kRGB_565_Config);
此函式代碼位於 \external\skia\src\core\SkBlitRow_D16.cpp
函式的目的是指定一個 blit 函式給 blitter 的 blitrect函式指標.
之後 blitter 會調用 blitrect 完成 source bitmap 以及 destination
bitmap
之間的資料運算以及搬移.
SkBlitRow::Factory() 函式的代碼位置在\external\skia\src\core\SkBlit_D16.cpp
內容如下:
001 SkBlitRow::Proc SkBlitRow::Factory(unsigned flags, SkBitmap::Config config)
002 {
003 SkASSERT(flags < SK_ARRAY_COUNT(gDefault_565_Procs));
004 // just so we don't crash
005 flags &= kFlags16_Mask;
006
007 SkBlitRow::Proc proc = NULL;
008
009 switch (config)
010 {
011 case SkBitmap::kRGB_565_Config:
012 proc = PlatformProcs565(flags);
013 if (NULL == proc)
014 {
015 proc = gDefault_565_Procs[flags];
016 }
017 break;
018 case SkBitmap::kARGB_4444_Config:
019 proc = PlatformProcs4444(flags);
020 if (NULL == proc)
021 {
022 proc = SkBlitRow_Factory_4444(flags);
023 }
024 break;
025 default:
026 break;
027 }
028 return proc;
029 }
在筆者目前的平台上, 會選擇 S32A_D565_Opaque 函式. 代碼位置在
\external\skia\src\core\SkBlitRow_D16.cpp 內容如下:
\external\skia\src\core\SkBlitRow_D16.cpp 內容如下:
001 static void S32A_D565_Opaque(uint16_t* SK_RESTRICT dst,
002 const SkPMColor* SK_RESTRICT src,
003 int count,
004 U8CPU alpha, int /*x*/, int /*y*/)
005 {
006 SkASSERT(255 == alpha);
007
008 if (count > 0)
009 {
010 do
011 {
012 SkPMColor c = *src++;
013 SkPMColorAssert(c);
014 // if (__builtin_expect(c!=0, 1))
015 if (c)
016 {
017 *dst = SkSrcOver32To16(c, *dst);
018 }
019 dst += 1;
020 }
021 while (--count != 0);
022 }
023 }
S32A_D565_Opaque 每次被調用只會處理bitmap 中一條 line, 要了解此函式要搭配Sprite_D16_S32_BlitRowProc::
blitRect(). 代碼位置在
\external\skia\src\core\SkSpriteBlitter_RGB16.cpp
內容如下:
001 virtual void blitRect(int x, int y, int width, int height)
002 {
003 SK_RESTRICT uint16_t* dst = fDevice->getAddr16(x, y);
004 const SK_RESTRICT SkPMColor* src = fSource->getAddr32(x - fLeft,
005 y - fTop);
006 uint32_t* src32 = fSource->getAddr32(x - fLeft, y - fTop);
007 unsigned dstRB = fDevice->rowBytes();
008 unsigned srcRB = fSource->rowBytes();
009 SkBlitRow::Proc proc = fProc;
010 U8CPU alpha = fPaint->getAlpha();
011
012 while (--height >= 0)
013 {
014 proc(dst, src, width, alpha, x, y);
015 y += 1;
016 dst = (SK_RESTRICT uint16_t*)((char*)dst + dstRB);
017 src = (const SK_RESTRICT SkPMColor*)((const char*)src + srcRB);
018 }
019 }
此函式關鍵在逐列 計算出該列的 source/destination bitmap memory address.
並調用 S32A_D565_Opaque.
blitRect()只單純負責流程控制. 並不涉及資料運算以及搬移.
我們回到S32A_D565_Opaque. 此函式的功能是逐一將 32bpp 的 source pixels
和 16bpp 的destination pixels 進行 alpha blending 運算. 這裡要進行的優化方式是存取 destination pixels 時, 以 32bits 為單位, 一次存取兩個 pixels. 此外Source pixels 的部分則維持一次讀取一個 32bpp pixels. 要如此修改要考慮兩個條件:
(1) line 的寬度是奇數或是偶數.
(2) Destination bitmap 的 Memory address
是32bit alignment 或是 16bit alignment.
兩種條件會組合出四種 condition.
優化後的代碼如下:
001 static void S32A_D565_Opaque(uint16_t* SK_RESTRICT dst,
002 const SkPMColor* SK_RESTRICT src, int count,
003 U8CPU alpha, int /*x*/, int /*y*/)
004 {
005 //LOGE("SKBITMAP : S32A_D565_Opaque\n");
006 SkASSERT(255 == alpha);
007 uint32_t* dst32 = (uint32_t*)dst;
008 uint32_t dstH, dstL;
009 uint32_t resultH, resultL, result32;
010 if ( count > 0 )
011 {
012 if ((count&0x1)==0)
013 {
014 if (((unsigned int)dst32&0x3)==0)
015 {
016 do
017 {
018 dstH = *dst32;
019
020 SkPMColor srcL = *src++;
021 SkPMColor srcH = *src++;
022 if ( srcL==0 && srcH==0 )
023 goto a;
024 else
025 {
026 dstL = dstH & 0xffff;
027 dstH >>= 16;
028
029 resultH = (uint32_t)SrcOver32To16(srcH, dstH);
030 resultL = (uint32_t)SrcOver32To16(srcL, dstL);
031
032 result32 = (resultH << 16) | (resultL&0xffff);
033 *dst32 = result32;
034 }
035 a:
036 dst32++;
037 count -= 2;
038 }
039 while (count != 0);
040 }
041 else
042 {
043 SkPMColor c = *src++;
044 if (c)
045 *dst = SrcOver32To16(c, *dst);
046 dst32 = (uint32_t*)(++dst);
047 count--;
048 do
049 {
050 dstH = *dst32;
051 SkPMColor srcL = *src++;
052 SkPMColor srcH = *src++;
053 if ( srcL==0 && srcH==0 )
054 goto b;
055 else
056 {
057 dstL = dstH & 0xffff;
058 dstH >>= 16;
059
060 resultH = (uint32_t)SrcOver32To16(srcH, dstH);
061 resultL = (uint32_t)SrcOver32To16(srcL, dstL);
062
063 *dst32 = (resultH << 16) | (resultL&0xffff);
064 }
065 b:
066 dst32++;
067 count -= 2;
068 }
069 while (count != 1);
070
071 c = *src;
072 dst = (uint16_t*) dst32;
073 *dst = SrcOver32To16(c, *dst);
074 }
075 }
076 else
077 {
078 if (((unsigned int)dst32&0x3)==0)
079 {
080 if ( count == 1 )
081 {
082 SkPMColor c = *src;
083 if (c)
084 {
085 dst = (uint16_t*) dst32;
086 *dst = SrcOver32To16(c, *dst);
087 }
088 }
089 else
090 {
091 do
092 {
093 dstH = *dst32;
094 SkPMColor srcL = *src++;
095 SkPMColor srcH = *src++;
096 if ( srcL==0 && srcH==0 )
097 goto c;
098 else
099 {
100 dstL = dstH & 0xffff;
101 dstH >>= 16;
102
103 resultH = (uint32_t)SrcOver32To16(srcH, dstH);
104 resultL = (uint32_t)SrcOver32To16(srcL, dstL);
105
106 result32 = (resultH << 16) | (resultL&0xffff);
107 *dst32 = result32;
108 }
109 c:
110 dst32++;
111 count -= 2;
112 }
113 while (count != 1);
114
115 SkPMColor c = *src;
116 dst = (uint16_t*) dst32;
117 *dst = SrcOver32To16(c, *dst);
118 }
119 }
120 else
121 {
122 if ( count == 1 )
123 {
124 SkPMColor c = *src;
125 dst = (uint16_t*) dst32;
126 *dst = SrcOver32To16(c, *dst);
127 }
128 else
129 {
130 SkPMColor c = *src++;
131 *dst = SrcOver32To16(c, *dst);
132 dst32 = (uint32_t*)(++dst);
133 count--;
134 do
135 {
136 dstH = *dst32;
137 SkPMColor srcL = *src++;
138 SkPMColor srcH = *src++;
139 if ( srcL==0 && srcH==0 )
140 goto d;
141 else
142 {
143 dstL = dstH & 0xffff;
144 dstH >>= 16;
145
146 resultH = (uint32_t)SrcOver32To16(srcH, dstH);
147 resultL = (uint32_t)SrcOver32To16(srcL, dstL);
148
149 *dst32 = (resultH << 16) | (resultL&0xffff);
150 }
151 d:
152 dst32++;
153 count -= 2;
154 }
155 while (count != 0);
156
157 }
158 }
159 }
160 }
161 }
圖三是優化前後效能測量結果. 垂直軸是blit 一個 bitmap 的執行時間, 單位是 uS.
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| 圖三 |
優化 per-pixel operation
前面完成 memory alignment 的優化後, 剩餘的優化工作是 per-pixel operation, 在優化後的S32A_D565_Opaque 代碼中, 使用到的 SrcOver32To16 是修改自原來的 SkSrcOver32To16, SkSrcOver32To16會使用到 SkMul16ShiftRound, 進行alpha blending 以及 rounding, 這裡是另一個優化的重點. 例如 : 可以更為有效的 alpha blending, 並且取消 rounding. 對效能提升會有助益. 優化後的代碼如下:
END
01 static inline U16CPU SrcOver32To16(SkPMColor src, uint16_t dst) 02 { 03 uint32_t S; 04 uint32_t D; 05 uint16_t src_rgb565, result_rgb565; 06 uint16_t org_result_rgb565; 07 08 // argb 8888 2 rgb565 09 unsigned sr = GetPackedR32(src); 10 unsigned sg = GetPackedG32(src); 11 unsigned sb = GetPackedB32(src); 12 13 unsigned isa = (255>>3) - GetPackedA32(src); // 5bits alpha. 14 src_rgb565 = SkPackRGB16(sr, sg, sb); 15 16 D = dst; 17 D = D | (D << 16); 18 D &= 0x07e0f81f; 19 D = ( D * isa ) >> 5; 20 D &= 0x07e0f81f; 21 D = D | (D >> 16); 22 result_rgb565 = ((uint16_t)D + src_rgb565); 23 24 return result_rgb565; 25 }其中的 macro definition 以及 inline function 如下:
01 #define GetPackedA32(packed) ((uint32_t)((packed)<<(24-SK_A32_SHIFT))>>27) 02 #define GetPackedR32(packed) ((uint32_t)((packed)<<(24-SK_R32_SHIFT))>>27) 03 #define GetPackedG32(packed) ((uint32_t)((packed)<<(24-SK_G32_SHIFT))>>26) 04 #define GetPackedB32(packed) ((uint32_t)((packed)<<(24-SK_B32_SHIFT))>>27) 05 06 07 static inline uint16_t SkPackRGB16(unsigned r, 08 unsigned g, 09 unsigned b) 10 { 11 SkASSERT(r <= SK_R16_MASK); 12 SkASSERT(g <= SK_G16_MASK); 13 SkASSERT(b <= SK_B16_MASK); 14 15 return SkToU16((r << SK_R16_SHIFT) | 16 (g << SK_G16_SHIFT) | 17 (b << SK_B16_SHIFT)); 18 }
END
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