Android高效计算——RenderScript（二）

3 RenderScript运行时层与反射层

3.1 RenderScript运行时层

RenderScript运行时层是指.rs代码运行时所在的层级。当对安卓项目进行编译的时候，.rs或者.rsh中编写的代码都会被llvm编译器编译成字节码。当该安卓应用在设备上运行的时候，这些字节码将会被设备上另外一个llvm编译（just-in-time）成机器码。这些机器码是针对该设备进行了优化的，且缓存在设备上，等到下次被应用的时候就不需要重新编译了，以加快速度。虽然RenderScript运行时层很像NDK，但是由于NDK中的C函数只针对CPU设计，与RenderScript还能够在GPU和DSP上运行的目标不同，因此在RenderScript中不能使用NDK中的C函数。

RenderScript运行时库的特性包括：

请求内存分配，即其内存是由Android framework层负责分配的。
一系列针对标量与向量计算的数学函数
提供基本数据到向量/矩阵或者数据到时间的转换函数
预定义的一系列二维、三维、四维向量类型
Log功能，rsDebug函数

3.2 反射层

反射层由安卓编译工具基于开发者编写的.rs/.rsh文件自动生成的，反射层的作用就是给Android framework层提供对RenderScript运行时层操作的Java接口，包括内存分配、计算任务启动、数据交互等。

每一个.rs文件都会被映射成继承于ScriptC的类：ScriptC_RenderScript_filename，该类被生成在gen目录下与.rs文件相同的包下。该类就是.rs文件的Java版本。该类主要包含.rs中的如下内容：

非静态函数。.rs中的非kernel函数不能有返回值，因为RenderScript系统被设计成异步执行。当你从安卓层调用RenderScript函数的时候，这个调用被放在队列中，然后当轮到该调用的时候再执行。这样的话可以使RenderScript避免被经常打断以提升性能。如果想在RenderScript代码（.rs）中给安卓层返回值，则可以使用rsSendToClient()
非静态全局变量。而且会对这些变量生成get/set方法（const变量则不会生成set方法），且如果在RenderScript中对这些变量进行了初始化，那么在反射层也会进行相同的初始化。
全局指针。指针会被映射到.rs对应的类中。可以声明一个指针指向struct或者其他任何RenderScript支持的类型的指针。因为不容许在.rs中给指针分配内存，对于每个指针，都会生成一个对应的get方法以及bind_pointer_name，这个函数用于把在安卓VM中分配的内存绑定到RenderScript运行时。
定义的struct。Struct也是定义在.rs文件中，无论是单独定义struct还是和其他RenderScript代码放在一起，都会给每个单独的struct生成一个ScriptField_struct_name.java的类文件，你可以通过它来给一个或者多个该struct实例分配内存。但是注意：只有当你定义的struct在RenderScript代码中被用到了才会生成对应的类文件，若是没有使用的话则不会生成。在struct中不能含有指针或者数列。

Struct映射的详细解释

反射层生成的Struct主要包括：

构造函数：ScriptField_struct_name(RenderScript rs, int count)，这个构造函数用来分配count数量的struct内存
构造函数：ScriptField_struct_name(RenderScript rs, int count, int usages)不仅通过count指定要分配的struct数量，并且通过usages指定这些内存被分配在哪个区域。主要有：

USAGE_SCRIPT：指定在脚本内存区分配内存，这也是默认的内存分配区
USAGE_GRAPHICS_TEXTURE: 在GPU的纹理内存区分配，API对其描述是："The Allocation will be used as a texture source by one or more graphics programs."，所以如果么有打算需要绘制这些图片就不要在TEXTURE分配了。
USAGE_GRAPHICS_VERTEX：在GPU的顶点内存区分配，API对其描述是："The Allocation will be used as a graphics mesh. This was deprecated in API level 16."，已经在API16废弃。
USAGE_GRAPHICS_CONSTANTS：在GPU的常量内存区分配。常量内存区被多个应用共同使用。API中对其描述是：“The Allocation will be used as the source of shader constants by one or more programs. This was deprecated in API level 16.”，同样也是在API16中就已经废弃。

可以使用或操作符来指定在多个内存区分配该内存，这样做表示向RenderScript表明：我想在多个内存区来访问该数据。

综上，能用的或者建议使用的就只有SCRIPT和TEXTURE两个，只需要记住：后面一个当你有使用GL绘制你分配的Allocation的时候才用即可。

一个Item内部类，通过该内部类你可以创建该结构的实例，这对于如果需要在安卓层中使用结构实例就非常有用。可以使用set(Item i, int index, boolean copyNow)方法来把某个Item实例插入到已经分配好的内存的指定位置。
结构中的每个字段都会有一个对应的set/get方法，且这些方法中都有一个index参数来指定要设置/读取内存区的哪个对象。每一个set方法都有一个copyNow参数来说明是否立即同步该内存到RenderScript运行时。通过调用copyAll方法可以同步所有还没有同步的内存。
创建该结构在内存中的描述Element，通过该Element可以分配由一个或者多个该结构对应的Element组成的内存。
resize()函数。就像C中的realloc()一样，可以扩展之前分配的内存，并保持之前创建的对象的值。
copyAll()用来同步在framework层设置的值到RenderScript运行时层。当调用set方法时，如果给copyNow设置的false，则将会在调用copyNow时同步到RenderScript运行时层。

代码举例：

.rs文件，文件名：script.rs

#pragma version(1)
#pragma rs java_package_name(com.example.renderscripttest)
#pragma rs_fp_relaxed

uint32_t width;
uint32_t height;

rs_allocation inBitmap;
rs_allocation rgbBitmap;
rs_allocation yuvBitmap;

//multipliers to convert a RGB colors to black and white
const static float3 gMonoMult = {0.299f, 0.587f, 0.114f};

typedef struct Point_2D{
    int x;
    int y;
}Point;

static Point *spPoint;
static Point sPoint;
Point point;
Point *pPoint;

//google sample
void root(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out) {
  //unpack a color to a float4
  float4 f4 = rsUnpackColor8888(*v_in);
  //take the dot product of the color and the multiplier
  float3 mono = dot(f4.rgb, gMonoMult);
  //repack the float to a color
  *v_out = rsPackColorTo8888(mono);
}

void __attribute((kernel)) setPoint(const uint2 in, uint32_t x, uint32_t y){
rsDebug("lyh", point.x);
    point.x = 9; //struct is used
    point.y = 12;
    rsSendToClient(0, &point, 1);
    rsDebug("willhua", point.x);
}

uchar4 __attribute__((kernel)) halveBitmap(uchar4 in){
    uchar4 out = in;
    out.r = in.r / 2;
    out.r = in.r / 2;
    out.r = in.r / 2;
    return out;
}

uchar4 __attribute__((kernel)) averageBitmap(uchar4 in, uint32_t x, uint32_t y){
    uchar4 out = in;
    
    uchar4 left = in;
    uchar4 top = in;
    uchar4 right = in;
    uchar4 bottom = in;
    
    if(x - 1 > -1){ //access other element
        left = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x - 1, y);
    }
    if(y - 1 > -1){
        top = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x , y - 1);
    }
    if(x + 1 < width){
        right = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x + 1, y);
    }
    if(y + 1 < height){
        bottom = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x, y + 1);
    }
    
    out.r = (left.r + top.r + right.r + bottom.r) / 4;
    out.g = (left.g + top.g + right.g + bottom.g) / 4;
    out.b = (left.b + top.b + right.b + bottom.b) / 4;
    
    return out;
}

View Code

反射层生成的ScriptC子类：

/*
 * Copyright (C) 2011-2014 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

/*
 * This file is auto-generated. DO NOT MODIFY!
 * The source Renderscript file: G:\\Files\\EclipseWorkSpace\\RenderScriptTest\\src\\com\\example\\renderscripttest\\script.rs
 */

package com.example.renderscripttest;

import android.support.v8.renderscript.*;
import android.content.res.Resources;

/**
 * @hide
 */
public class ScriptC_script extends ScriptC {
    private static final String __rs_resource_name = "script";
    // Constructor
    public  ScriptC_script(RenderScript rs) {
        this(rs,
             rs.getApplicationContext().getResources(),
             rs.getApplicationContext().getResources().getIdentifier(
                 __rs_resource_name, "raw",
                 rs.getApplicationContext().getPackageName()));
    }

    public  ScriptC_script(RenderScript rs, Resources resources, int id) {
        super(rs, resources, id);
        __U32 = Element.U32(rs);
        __ALLOCATION = Element.ALLOCATION(rs);
        __ScriptField_Point_2D = ScriptField_Point_2D.createElement(rs);
        __U8_4 = Element.U8_4(rs);
        __U32_2 = Element.U32_2(rs);
    }

    private Element __ALLOCATION;
    private Element __ScriptField_Point_2D;
    private Element __U32;
    private Element __U32_2;
    private Element __U8_4;
    private FieldPacker __rs_fp_ALLOCATION;
    private FieldPacker __rs_fp_ScriptField_Point_2D;
    private FieldPacker __rs_fp_U32;
    private final static int mExportVarIdx_width = 0;
    private long mExportVar_width;
    public synchronized void set_width(long v) {
        if (__rs_fp_U32!= null) {
            __rs_fp_U32.reset();
        } else {
            __rs_fp_U32 = new FieldPacker(4);
        }
        __rs_fp_U32.addU32(v);
        setVar(mExportVarIdx_width, __rs_fp_U32);
        mExportVar_width = v;
    }

    public long get_width() {
        return mExportVar_width;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_width() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_width, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_height = 1;
    private long mExportVar_height;
    public synchronized void set_height(long v) {
        if (__rs_fp_U32!= null) {
            __rs_fp_U32.reset();
        } else {
            __rs_fp_U32 = new FieldPacker(4);
        }
        __rs_fp_U32.addU32(v);
        setVar(mExportVarIdx_height, __rs_fp_U32);
        mExportVar_height = v;
    }

    public long get_height() {
        return mExportVar_height;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_height() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_height, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_inBitmap = 2;
    private Allocation mExportVar_inBitmap;
    public synchronized void set_inBitmap(Allocation v) {
        setVar(mExportVarIdx_inBitmap, v);
        mExportVar_inBitmap = v;
    }

    public Allocation get_inBitmap() {
        return mExportVar_inBitmap;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_inBitmap() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_inBitmap, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_rgbBitmap = 3;
    private Allocation mExportVar_rgbBitmap;
    public synchronized void set_rgbBitmap(Allocation v) {
        setVar(mExportVarIdx_rgbBitmap, v);
        mExportVar_rgbBitmap = v;
    }

    public Allocation get_rgbBitmap() {
        return mExportVar_rgbBitmap;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_rgbBitmap() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_rgbBitmap, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_yuvBitmap = 4;
    private Allocation mExportVar_yuvBitmap;
    public synchronized void set_yuvBitmap(Allocation v) {
        setVar(mExportVarIdx_yuvBitmap, v);
        mExportVar_yuvBitmap = v;
    }

    public Allocation get_yuvBitmap() {
        return mExportVar_yuvBitmap;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_yuvBitmap() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_yuvBitmap, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_point = 5;
    private ScriptField_Point_2D.Item mExportVar_point;
    public synchronized void set_point(ScriptField_Point_2D.Item v) {
        mExportVar_point = v;
        FieldPacker fp = new FieldPacker(8);
        fp.addI32(v.x);
        fp.addI32(v.y);
        int []__dimArr = new int[1];
        __dimArr[0] = 1;
        setVar(mExportVarIdx_point, fp, __ScriptField_Point_2D, __dimArr);
    }

    public ScriptField_Point_2D.Item get_point() {
        return mExportVar_point;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_point() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_point, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_pPoint = 6;
    private ScriptField_Point_2D mExportVar_pPoint;
    public void bind_pPoint(ScriptField_Point_2D v) {
        mExportVar_pPoint = v;
        if (v == null) bindAllocation(null, mExportVarIdx_pPoint);
        else bindAllocation(v.getAllocation(), mExportVarIdx_pPoint);
    }

    public ScriptField_Point_2D get_pPoint() {
        return mExportVar_pPoint;
    }

    private final static int mExportForEachIdx_root = 0;
    public Script.KernelID getKernelID_root() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_root, 3, null, null);
    }

    public void forEach_root(Allocation ain, Allocation aout) {
        forEach_root(ain, aout, null);
    }

    public void forEach_root(Allocation ain, Allocation aout, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        // check aout
        if (!aout.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        Type t0, t1;        // Verify dimensions
        t0 = ain.getType();
        t1 = aout.getType();
        if ((t0.getCount() != t1.getCount()) ||
            (t0.getX() != t1.getX()) ||
            (t0.getY() != t1.getY()) ||
            (t0.getZ() != t1.getZ()) ||
            (t0.hasFaces()   != t1.hasFaces()) ||
            (t0.hasMipmaps() != t1.hasMipmaps())) {
            throw new RSRuntimeException("Dimension mismatch between parameters ain and aout!");
        }

        forEach(mExportForEachIdx_root, ain, aout, null, sc);
    }

    private final static int mExportForEachIdx_setPoint = 1;
    public Script.KernelID getKernelID_setPoint() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_setPoint, 57, null, null);
    }

    public void forEach_setPoint(Allocation ain) {
        forEach_setPoint(ain, null);
    }

    public void forEach_setPoint(Allocation ain, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U32_2)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U32_2!");
        }
        forEach(mExportForEachIdx_setPoint, ain, null, null, sc);
    }

    private final static int mExportForEachIdx_halveBitmap = 2;
    public Script.KernelID getKernelID_halveBitmap() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_halveBitmap, 35, null, null);
    }

    public void forEach_halveBitmap(Allocation ain, Allocation aout) {
        forEach_halveBitmap(ain, aout, null);
    }

    public void forEach_halveBitmap(Allocation ain, Allocation aout, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        // check aout
        if (!aout.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        Type t0, t1;        // Verify dimensions
        t0 = ain.getType();
        t1 = aout.getType();
        if ((t0.getCount() != t1.getCount()) ||
            (t0.getX() != t1.getX()) ||
            (t0.getY() != t1.getY()) ||
            (t0.getZ() != t1.getZ()) ||
            (t0.hasFaces()   != t1.hasFaces()) ||
            (t0.hasMipmaps() != t1.hasMipmaps())) {
            throw new RSRuntimeException("Dimension mismatch between parameters ain and aout!");
        }

        forEach(mExportForEachIdx_halveBitmap, ain, aout, null, sc);
    }

    private final static int mExportForEachIdx_averageBitmap = 3;
    public Script.KernelID getKernelID_averageBitmap() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_averageBitmap, 59, null, null);
    }

    public void forEach_averageBitmap(Allocation ain, Allocation aout) {
        forEach_averageBitmap(ain, aout, null);
    }

    public void forEach_averageBitmap(Allocation ain, Allocation aout, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        // check aout
        if (!aout.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        Type t0, t1;        // Verify dimensions
        t0 = ain.getType();
        t1 = aout.getType();
        if ((t0.getCount() != t1.getCount()) ||
            (t0.getX() != t1.getX()) ||
            (t0.getY() != t1.getY()) ||
            (t0.getZ() != t1.getZ()) ||
            (t0.hasFaces()   != t1.hasFaces()) ||
            (t0.hasMipmaps() != t1.hasMipmaps())) {
            throw new RSRuntimeException("Dimension mismatch between parameters ain and aout!");
        }

        forEach(mExportForEachIdx_averageBitmap, ain, aout, null, sc);
    }

}

View Code

反射层生成的struct，Point_2D, 对应的类：

/*
 * Copyright (C) 2011-2014 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

/*
 * This file is auto-generated. DO NOT MODIFY!
 * The source Renderscript file: G:\\Files\\EclipseWorkSpace\\RenderScriptTest\\src\\com\\example\\renderscripttest\\script.rs
 */

package com.example.renderscripttest;

import android.support.v8.renderscript.*;
import android.content.res.Resources;

/**
 * @hide
 */
public class ScriptField_Point_2D extends android.support.v8.renderscript.Script.FieldBase {
    static public class Item {
        public static final int sizeof = 8;

        int x;
        int y;

        Item() {
        }

    }

    private Item mItemArray[];
    private FieldPacker mIOBuffer;
    private static java.lang.ref.WeakReference<Element> mElementCache = new java.lang.ref.WeakReference<Element>(null);
    public static Element createElement(RenderScript rs) {
        Element.Builder eb = new Element.Builder(rs);
        eb.add(Element.I32(rs), "x");
        eb.add(Element.I32(rs), "y");
        return eb.create();
    }

    private  ScriptField_Point_2D(RenderScript rs) {
        mItemArray = null;
        mIOBuffer = null;
        mElement = createElement(rs);
    }

    public  ScriptField_Point_2D(RenderScript rs, int count) {
        mItemArray = null;
        mIOBuffer = null;
        mElement = createElement(rs);
        init(rs, count);
    }

    public  ScriptField_Point_2D(RenderScript rs, int count, int usages) {
        mItemArray = null;
        mIOBuffer = null;
        mElement = createElement(rs);
        init(rs, count, usages);
    }

    public static ScriptField_Point_2D create1D(RenderScript rs, int dimX, int usages) {
        ScriptField_Point_2D obj = new ScriptField_Point_2D(rs);
        obj.mAllocation = Allocation.createSized(rs, obj.mElement, dimX, usages);
        return obj;
    }

    public static ScriptField_Point_2D create1D(RenderScript rs, int dimX) {
        return create1D(rs, dimX, Allocation.USAGE_SCRIPT);
    }

    public static ScriptField_Point_2D create2D(RenderScript rs, int dimX, int dimY) {
        return create2D(rs, dimX, dimY, Allocation.USAGE_SCRIPT);
    }

    public static ScriptField_Point_2D create2D(RenderScript rs, int dimX, int dimY, int usages) {
        ScriptField_Point_2D obj = new ScriptField_Point_2D(rs);
        Type.Builder b = new Type.Builder(rs, obj.mElement);
        b.setX(dimX);
        b.setY(dimY);
        Type t = b.create();
        obj.mAllocation = Allocation.createTyped(rs, t, usages);
        return obj;
    }

    public static Type.Builder createTypeBuilder(RenderScript rs) {
        Element e = createElement(rs);
        return new Type.Builder(rs, e);
    }

    public static ScriptField_Point_2D createCustom(RenderScript rs, Type.Builder tb, int usages) {
        ScriptField_Point_2D obj = new ScriptField_Point_2D(rs);
        Type t = tb.create();
        if (t.getElement() != obj.mElement) {
            throw new RSIllegalArgumentException("Type.Builder did not match expected element type.");
        }
        obj.mAllocation = Allocation.createTyped(rs, t, usages);
        return obj;
    }

    private void copyToArrayLocal(Item i, FieldPacker fp) {
        fp.addI32(i.x);
        fp.addI32(i.y);
    }

    private void copyToArray(Item i, int index) {
        if (mIOBuffer == null) mIOBuffer = new FieldPacker(mElement.getBytesSize() * getType().getX()/* count */);
        mIOBuffer.reset(index * mElement.getBytesSize());
        copyToArrayLocal(i, mIOBuffer);
    }

    public synchronized void set(Item i, int index, boolean copyNow) {
        if (mItemArray == null) mItemArray = new Item[getType().getX() /* count */];
        mItemArray[index] = i;
        if (copyNow)  {
            copyToArray(i, index);
            FieldPacker fp = new FieldPacker(mElement.getBytesSize());
            copyToArrayLocal(i, fp);
            mAllocation.setFromFieldPacker(index, fp);
        }

    }

    public synchronized Item get(int index) {
        if (mItemArray == null) return null;
        return mItemArray[index];
    }

    public synchronized void set_x(int index, int v, boolean copyNow) {
        if (mIOBuffer == null) mIOBuffer = new FieldPacker(mElement.getBytesSize() * getType().getX()/* count */);
        if (mItemArray == null) mItemArray = new Item[getType().getX() /* count */];
        if (mItemArray[index] == null) mItemArray[index] = new Item();
        mItemArray[index].x = v;
        if (copyNow)  {
            mIOBuffer.reset(index * mElement.getBytesSize());
            mIOBuffer.addI32(v);
            FieldPacker fp = new FieldPacker(4);
            fp.addI32(v);
            mAllocation.setFromFieldPacker(index, 0, fp);
        }

    }

    public synchronized void set_y(int index, int v, boolean copyNow) {
        if (mIOBuffer == null) mIOBuffer = new FieldPacker(mElement.getBytesSize() * getType().getX()/* count */);
        if (mItemArray == null) mItemArray = new Item[getType().getX() /* count */];
        if (mItemArray[index] == null) mItemArray[index] = new Item();
        mItemArray[index].y = v;
        if (copyNow)  {
            mIOBuffer.reset(index * mElement.getBytesSize() + 4);
            mIOBuffer.addI32(v);
            FieldPacker fp = new FieldPacker(4);
            fp.addI32(v);
            mAllocation.setFromFieldPacker(index, 1, fp);
        }

    }

    public synchronized int get_x(int index) {
        if (mItemArray == null) return 0;
        return mItemArray[index].x;
    }

    public synchronized int get_y(int index) {
        if (mItemArray == null) return 0;
        return mItemArray[index].y;
    }

    public synchronized void copyAll() {
        for (int ct = 0; ct < mItemArray.length; ct++) copyToArray(mItemArray[ct], ct);
        mAllocation.setFromFieldPacker(0, mIOBuffer);
    }

}

View Code

4 内存

我们已经知道，应用自身运行在安卓VM中，而RenderScript部分代码则运行在本地，且其内存是由上层的应用分配的。

4.1 内存分配API

内存API主要包含三个类：Element，Type与Allocation。他们三者对应的关系能用malloc函数的使用来很好的说明，例如：

 int *array = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);

malloc函数的参数可以分成两个部分：第一个就是sizeof(int)，该过程指定每个内存单元需要多个内存；第二个就是*10，该过程指定需要分配多个这样的内存单元。对应的内存分配APIs就是Element类，表示的是一个内存单元，就像一个float或者一个struct所表示的内存。而Type表示的就是“*10”部分，就像一个Element序列一样。Allocation则用来执行由Type所描述的内存分配，且最终代表分配得到的内存。

大部分情况下都不需要直接使用这些API，因为系统在自动生成反射层的时候已经做好了封装，需要做的就是调用对应类的构造函数并把分配的内存绑定到RenderScript而已。但是比如当你加载一张图片到RenderScript层或者给一个指针分配内存时，就需要应用到这些API。

4.2 静态内存

4.2.1 静态内存的分配

这里的静态内存指的是在RenderScript中声明的非静态的全局变量（静态的或者局部的变量就无法在Android framework层访问，也就不讨论），他们在编译时就分配了内存，在RenderScript代码中可以直接使用它们而不需要在Android Framework层给他们分配内存。在Android Framework层也可以通过反射层生成的函数来访问他们。如果这些变量在RenderScript中被初始化，那么他们也将在Android Framework层中被进行同样的初始化。

注意：如果在RenderScript中使用到了RenderScript中预定义了的一些含有指针的结构体，比如rs_program_fragment和rs_allocation，那么就需要先在Android Framework层构造一个该结构对应类的实例，然后调用set方法把内存绑定到RenderScript运行时，而不能直接在RenderScript层操作。但是这个对于用户自定义的包含指针的结果无效，因为根本就无法自定义包含指针的结构。

4.2.2 静态内存的读写

在RenderScript层对静态分配的内存的写操作是单向的。当你在RenderScript层修改了某个变量的值，出于性能方面的考虑，这个变化不会反应给安卓层。在安卓层调用get方法获得的是安卓层最后一次通过set方法设置的值，除非通过rsSendToClient()等手段，否则安卓层是永远获取不到RenderScript对静态分配的内存的修改的。但是，当安卓层修改了某个变量的值后，该值的变化随后就会自动同步到RenderScript层。

下面是读写示例。假如在rsfile.rs中定义了全局变量point:

typedef struct Point {
    int x;
    int y;
} Point_t;

Point_t point;

那么在RenderScript中可以如下直接给变量赋值：

point.x = 1;
point.y = 1;

在Android framework层中可以这样修改该变量的值，且修改的值会通知到RenderScript层：

ScriptC_rsfile mScript;
...
Item i = new ScriptField_Point.Item();
i.x = 1;
i.y = 1;
mScript.set_point(i);

在RenderScript中读取变量的值：

rsDebug("Printing out a Point", point.x, point.y);

在Android framework中读取变量的值。再一次强调：读取到的永远是Android framework层最后一次调用set方法给该变量赋的值，而如果在Android framework层没有用set方法给变量赋过值的话，那么读取的将是null，下面代码也会报空指针错误

Log.i("TAGNAME", "Printing out a Point: " + mScript.get_point().x + " " + mScript.get_point().y);
System.out.println(point.get_x() + " " + point.get_y());

4.3 动态内存

4.3.1 动态内存的分配

对于动态内存，比如指针，就必须在Android Framework层中给它分配内存。需要两个过程：分配内存与绑定内存。这样做的好处在于：安卓VM能够完全掌握RenderScript内存的分配与回收。

无论在Android Framework层还是RenderScript中，都可以通过该指针来访问分配的内存。

为了给RenderScript动态分配内存，最常见的做法是调用Script.FieldBase的构造函数，当然好也可以手动创建Allocation来实现，为了简单起见，应该使用Script.FieldBase.当获取分配的内存对象后，就可以通过反射层的bind方法把该内存绑定到RenderScript。下面代码是两种实现方式的例子：

private RenderScript myRenderScript;
private ScriptC_example mScript;
private Resources resources;

public void init(RenderScript rs, Resources res) {
    myRenderScript = rs;
    resources = res;
     //使用反射层生成的类分配内存
    ScriptField_Point touchPoints = new ScriptField_Point(myRenderScript, 2);
    //自己使用API分配内存
    intPointer = Allocation.createSized(myRenderScript, Element.I32(myRenderScript), 2);
    mScript = new ScriptC_example(myRenderScript, resources, R.raw.example);
     //绑定内存
    mScript.bind_touchPoints(touchPoints);
    mScript.bind_intPointer(intPointer);
   ...
}

4.3.2 动态内存的读写

对于动态内存，在Android framework层可以通过反射层的set/get方法来读/写内存，在RenderScript中也可以像往常一样读/写，且任意一方的写操作都会通知到另外一方。

下面是示例。假设在rsfile.rs定义了如下全局指针:

typedef struct Point {
    int x;
    int y;
} Point_t;
Point_t *point;

只要你已经在Android framework层给分配了内存，那么就可以像往常一样使用它，且任何的修改都会通知到Android framework层。

point[index].x = 1;
point[index].y = 1;

在Android framework 层通过反射层提供的方法读写:

ScriptField_Point p = new ScriptField_Point(mRS, 1);
    Item i = new ScriptField_Point.Item();
    i.x=100;
    i.y = 100;
    p.set(i, 0, true);
    mScript.bind_point(p); 
    points.get_x(0);            //read x and y from index 0
    points.get_x(0);

内存只需要绑定一次就可以了，不需要每次修改值的时候再次绑定

5 基本应用场景

5.1 RenderScript层回调Android framework层

前面我们提到过，RenderScript中的invokable不能有返回值，以及对于静态内存，RenderScript层对其修改不会通知到Android framework层。对于这两种情况，配套使用RSMessageHandler和rsSendToClient是很好的解决方案。对于二者的关系，从命名就可以看出一二，RSMessageHandler相当于常用的handleMessage函数，而rsSendToClient则相当于Handler.sendMessage，只是RSMessageHandler运行在Android framework层，而rsSendToClient运行在RenderScript层。

RenderScript.RSMessageHandler它implements Runnable，在使用过程中只需要重写run函数即可。其有三个重要的字段：

mData：int[],对应rsSendToClient中的data，表示从RenderScript发送过来的数据的地址
mID:消息标志，对应rsSendToClient中的cmdID,类似使用Handler发送Message时的what
mLength：对应rsSendToClient时的len，mData中数据的个数

使用范例：

在RenderScript（.rs文件）中调用回调函数rsSendToClicent，reSendToClient函数有四个： rsSendToClient (int cmdID) rsSendToClient (int cmdID, const void *data, uint len) rsSendToClientBlocking (int cmdID) rsSendToClientBlocking (int cmdID, const void *data, uint len)，其中cmdID即相当于message中的what参数。
在安卓层中，设定RenderScript中消息的Handler。即继承RenderScript.RSMessageHandler写一个类RSHandler，重写其中的run函数。在RenderScript.RSMessageHandler中有一个mID参数，即若与reSendToClient中的cmdID相等则表示是该reSendToClient发送过来的消息。

        mRenderScript.setMessageHandler(new RSMessageHandler(){
            @Override
            public void run(){
                switch (mID) {
                case type:
                    //do something
                    break;
                default:
                    break;
                }
            }
        });

注意：run函数不是运行在主线程，所以在run函数中不能直接做操作主界面UI的操作。

5.2 在RenderScript kernel中访问更多的元素

我们提到过，对于一个kernel，最多只能有一个输入Allocation，假如需要在kernel中访问更多的Allocation，那怎么办呢？

在kernel中，仅容许对当前元素进行操作，即当前坐标（x，y）表示的元素，如果想访问其他元素，则需要定义一个全局的输入allocation，然后使用rsGetElementAt_type()来获取其他元素，比如：下面的averageBitmap就访问了全局变量inBitmap的数据:

rs_allocation inBitmap;

uchar4 __attribute__((kernel)) averageBitmap(uchar4 in, uint32_t x, uint32_t y){
    uchar4 out = in;
    
    uchar4 left = in;
    uchar4 top = in;
    uchar4 right = in;
    uchar4 bottom = in;
    
    if(x - 1 > -1){ //access other element
        left = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x - 1, y);
    }
    if(y - 1 > -1){
        top = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x , y - 1);
    }
    if(x + 1 < width){
        right = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x + 1, y);
    }
    if(y + 1 < height){
        bottom = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x, y + 1);
    }
    
    out.r = (left.r + top.r + right.r + bottom.r) / 4;
    out.g = (left.g + top.g + right.g + bottom.g) / 4;
    out.b = (left.b + top.b + right.b + bottom.b) / 4;
    
    return out;
}

posted @ 2016-08-18 22:24 willhua 阅读(2259) 评论(0) 编辑收藏举报

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Android高效计算——RenderScript（二）

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