2024年6月4日发(作者：伏友易)
龙源期刊网
双屏异显在Android系统上的实现
作者：康金荣 彭宏利
来源：《软件导刊》2016年第12期
摘 要：提出了一种在ARM/Android平台上实现双屏异显功能的方法。所谓双屏异显，即
在同一软硬件平台上，实现同时驱动两块LCD屏幕，并且这两块屏幕所显示的内容可以不
同。这种功能的实现一方面降低了硬件设备成本，另一方面对于提高消费场景的交互性具有重
要意义。
关键词：Android；POS；双屏异显；LCD；消费场景
DOIDOI：10.11907/rjdk.162114
中图分类号：TP319
文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）012-0118-03
0 引言
近年来，随着ARM SOC与Android 生态组合的快速发展，其应用已经从智能移动终端
（如智能手机、平板电脑等消费电子领域）渗透到各行各业。但受制于芯片体系结构和操作系
统架构设计，在Android 平台上，通常只能实现同步双屏的一些应用，如基于智能手机的显示
器应用或者基于平板电脑的投影仪应用。在这样的应用中，大屏只能作为小屏的延伸，两块不
同的屏上只能显示相同的内容，专业上可称为同步双显或称双屏同显技术。但在现实应用场景
中，双屏异显功能更能满足人们的需要。
本文提出了一种在Android平台上实现双屏异显的方案。该方案以瑞芯微公司推出的
RK3288芯片为硬件平台，以Android为移动操作系统，通过开发的APP实现双屏异显功能。
1 实现原理
Android框架中与显示相关的组件主要有Activity、Windows、WindowState、Windows
Manager Service、Display Manager Service、Surface Manager/Surface Flinger、Display HAL
（Hardware Abstraction Layer）以及Linux Kernel中显示方面的驱动等。Android平台的显示框
架如图1所示。
各层模块功能说明如下[1-2]：①Activity：应用程序的主要生命周期载体，显示过程中的
内容提供者；②Windows：窗体组件为应用显示的载体组件，应用的界面交互将全部通过窗体
组件呈现；③WindowState：窗体组件的实例，用于窗体状态运营和各属性的组成传递；
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④Windows Manager Service：窗口管理服务是Android系统整个运行状态中所有应用窗体的各
管理服务，主要负责窗体状态的转换和上下层之间的信息传递；⑤Display Manager Service：
显示设备管理服务是管理Android系统中逻辑显示设备的服务，主要响应显示参数获取和相关
状态；⑥Surface Manager/Surface Finger：系统级显示管理服务，处理图形合成，显示状态切换
及硬件设备参数调整等；⑦Display HAL（Hardware Abstraction Layer）：对于硬件操作的抽象
层，通过封装部分JNI的接口与Framework以及APP层进行互动；⑧Kernel Driver：内核驱动
处理显示硬件设备细节参数运行。
2 详细设计
2.1 Android平台下双屏异显设计
Android 平台在4.2版本之后新增了对于多屏的支持，主要有3种屏幕类型：主屏幕
（Primary Display）、外屏幕（External Display）和虚拟屏幕（Virtual Display）。其中自带屏
幕一般识别为主屏幕，而HDMI将会被设为外屏幕。为了方便APP访问上述3种屏幕，
Android还提供了一个统一的屏幕管理服务DisplayManagerService。虽然屏幕被划分为3种类
型，但是建立于它们之上的窗口合成以及渲染依然统一由SurfaceFlinger管理。这些新特性的
引入确保了双屏异显的框架基础。
2.1.1 Application到Framework
Android的应用以Activity为基础。应用在启动时会向系统申请建立新的Activity，系统通
过Activity Manager Service创建Activity并赋予相应的运行环境，系统通过调用返回给Activity
一个可操作WindowState的对象用于显示。应用显示的过程将会通过系统和自己拥有的
WindowState与底层进行交换，而内容最终生成于WindowState指向的Surface之中。
2.1.2 Framework到本地库
应用的Activity所需显示部分将由ActivityManagerService通过View -> ViewRoot ->
Window 的关系最终向WindowsManagerService申请一个新Window。WindowsManagerService
通过系统本地运行调用，最终生成一个新的Surface封装在WindowState中提供给Activity。
DisplayManagerService是用于管理显示的逻辑设备的一个中间层服务，主要用于维护已注册的
显示设备对象列表并向系统提供各显示设备的参数和运行情况。WindowsManagerService在运
行过程中将会评估当前设备的显示设备对象，通过DisplayManagerService获取当前已经在线的
显示设备对象进行操作。其主要操作是将WindowState、Surface等软件中抽象的对象与实际的
逻辑显示设备对象进行绑定，此外，将对比当前显示参数和逻辑显示设备的实际参数，最终将
对比结果提供给下层用于图像的适配和变形。
2.1.3 本地库与Kernel
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本地库中显示子系统中的最重要部分——Surface Manager/Surface Flinger。Surface
Manager将负责管理显示与存取操作间的互动，Surface Flinger将已传送的各Surface内容以及
应用所申请2D、3D的绘图进行系统级合成，并且管理双FB刷新机制。合成结果将直接送入
Framebuffer进行显示。其中如果硬件有相应的加速设备可通过OpenGL/ES进行图像硬件加
速，Display Manager Service则可通过Surface 和Display HAL获取较多的硬件设备参数。
2.2 Android平台下双屏异显实现
2.2.1 概述
Android支持多屏幕框架为双屏异显工作提供了诸多便利，如Surface Manger在识别到当
前设备拥有多个逻辑显示设备时，可根据需要创立对应的Surface； 通过Display Manager
Service 也可方便地获取到显示设备列表并进行操作。下文将对双屏异显中的技术核心点进行
阐述。
2.2.2 Window Manager Service的改造
Window Manager Service是一个显示控制方面的核心服务，选择通过Window Manager
Service进行改造会较为方便地获取到各个运行的显示相关服务的通讯通路，以及所有窗体的
状态控制，从而可以减少对于原生系统框架的修改，减少引入Bug和统一性降低的风险[3]。
Android系统通过一个WindowState的列表维护当前窗体栈，列表从开始直至结束代表当
前窗体显示的窗体景深（前后）布局顺序。该列表与当前显示默认设备绑定，而WindowState
本身包含着当前窗体的Surface信息。以上实现了默认显示设备、WindowState列表以及各
Window 的Surface的连接关系。
修改双屏异显功能如图2所示。
根据当前显示情况进行判断，若当前是双屏同显状态，有应用请求显示至第二块屏幕上。
首先按照默认窗体栈，也即默认WindowState列表创立一个新的窗体栈——第二窗体栈，通过
Display Manager Service获取第二块屏幕操作上下文对象DisplayContent并将新创建的第二窗体
栈与获取的上下文对象绑定。这时从第一窗体栈中查找当前应用的窗体状态对象
WindowState，获取后将其添加到第二窗体栈中，并从默认窗体栈中将这个窗体对象移除。
若当前显示状态已经为双屏异显状态，则查找默认窗体栈获取当前应用的窗体对象
WindowState，将第二窗体栈中的应用窗体移动到默认窗体栈栈顶，然后将当前应用的窗体对
象移动给第二窗体栈[4]。
伪代码表示：
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moveAppToSecondDisplay（CurrnetID）
{
//查找第二块屏幕
displayCount=（）；
defaultContent=getDefaultDisplayContent（）；
secondDisplayContent = null；
for（int i = 0； i < displayCount；i++）
{
tempContent=t（i）；
if（tempContent ！= defaultContent）{
secondDisplayContent = tempContent；
break；
}
}
//查找当前应用窗体并绑定显示屏幕
currentWindowState = null；
defaultWindowList=dowList（）；
secondWindowList=dowList（）；
for（int i=（）-1；i>=0；i--）
{
currentWindowState=（i）；
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if（d； == CurrnetID） break；
（win）；
yContent = secondDisplayContent；
//移动窗体
SecondDisplayAppMoveBack（）；
（currentWindowState）；
}
撤销双屏异显时，将第二窗体栈中的应用窗体移动至默认窗体栈栈顶，销毁创建的第二窗
体栈，有Display状态配置成双屏同显。
3 结语
本文从硬件到软件，自上而下分层分模块地描述了在ARM/Android的软硬件平台上双屏
异显应用于智能POS的实现方法，该方法相对而言具有低成本、低功耗以及高开放度的硬软
件组合等特点，所实现的双屏异显不仅能应用在智能POS上，而且针对各行各业需要交互的
场景都具有很好的参考价值。
参考文献：
[1] 文泉.无线POS机系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.
[2] CHANDRIAN ent Java native interface for Android based mobile
devices[D].Arizona：Arizona State University，2011.
[3] 曹凯.基于Android的POS机刷卡器驱动设计[D].青岛：中国海洋大学，2013.
[4] 范锋.Android的架构与应用开发研究[J].信息与电脑：理论版，2012（5）：34.
（责任编辑：孙 娟）
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双屏异显在Android系统上的实现
作者：康金荣 彭宏利
来源：《软件导刊》2016年第12期
摘 要：提出了一种在ARM/Android平台上实现双屏异显功能的方法。所谓双屏异显，即
在同一软硬件平台上，实现同时驱动两块LCD屏幕，并且这两块屏幕所显示的内容可以不
同。这种功能的实现一方面降低了硬件设备成本，另一方面对于提高消费场景的交互性具有重
要意义。
关键词：Android；POS；双屏异显；LCD；消费场景
DOIDOI：10.11907/rjdk.162114
中图分类号：TP319
文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）012-0118-03
0 引言
近年来，随着ARM SOC与Android 生态组合的快速发展，其应用已经从智能移动终端
（如智能手机、平板电脑等消费电子领域）渗透到各行各业。但受制于芯片体系结构和操作系
统架构设计，在Android 平台上，通常只能实现同步双屏的一些应用，如基于智能手机的显示
器应用或者基于平板电脑的投影仪应用。在这样的应用中，大屏只能作为小屏的延伸，两块不
同的屏上只能显示相同的内容，专业上可称为同步双显或称双屏同显技术。但在现实应用场景
中，双屏异显功能更能满足人们的需要。
本文提出了一种在Android平台上实现双屏异显的方案。该方案以瑞芯微公司推出的
RK3288芯片为硬件平台，以Android为移动操作系统，通过开发的APP实现双屏异显功能。
1 实现原理
Android框架中与显示相关的组件主要有Activity、Windows、WindowState、Windows
Manager Service、Display Manager Service、Surface Manager/Surface Flinger、Display HAL
（Hardware Abstraction Layer）以及Linux Kernel中显示方面的驱动等。Android平台的显示框
架如图1所示。
各层模块功能说明如下[1-2]：①Activity：应用程序的主要生命周期载体，显示过程中的
内容提供者；②Windows：窗体组件为应用显示的载体组件，应用的界面交互将全部通过窗体
组件呈现；③WindowState：窗体组件的实例，用于窗体状态运营和各属性的组成传递；
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④Windows Manager Service：窗口管理服务是Android系统整个运行状态中所有应用窗体的各
管理服务，主要负责窗体状态的转换和上下层之间的信息传递；⑤Display Manager Service：
显示设备管理服务是管理Android系统中逻辑显示设备的服务，主要响应显示参数获取和相关
状态；⑥Surface Manager/Surface Finger：系统级显示管理服务，处理图形合成，显示状态切换
及硬件设备参数调整等；⑦Display HAL（Hardware Abstraction Layer）：对于硬件操作的抽象
层，通过封装部分JNI的接口与Framework以及APP层进行互动；⑧Kernel Driver：内核驱动
处理显示硬件设备细节参数运行。
2 详细设计
2.1 Android平台下双屏异显设计
Android 平台在4.2版本之后新增了对于多屏的支持，主要有3种屏幕类型：主屏幕
（Primary Display）、外屏幕（External Display）和虚拟屏幕（Virtual Display）。其中自带屏
幕一般识别为主屏幕，而HDMI将会被设为外屏幕。为了方便APP访问上述3种屏幕，
Android还提供了一个统一的屏幕管理服务DisplayManagerService。虽然屏幕被划分为3种类
型，但是建立于它们之上的窗口合成以及渲染依然统一由SurfaceFlinger管理。这些新特性的
引入确保了双屏异显的框架基础。
2.1.1 Application到Framework
Android的应用以Activity为基础。应用在启动时会向系统申请建立新的Activity，系统通
过Activity Manager Service创建Activity并赋予相应的运行环境，系统通过调用返回给Activity
一个可操作WindowState的对象用于显示。应用显示的过程将会通过系统和自己拥有的
WindowState与底层进行交换，而内容最终生成于WindowState指向的Surface之中。
2.1.2 Framework到本地库
应用的Activity所需显示部分将由ActivityManagerService通过View -> ViewRoot ->
Window 的关系最终向WindowsManagerService申请一个新Window。WindowsManagerService
通过系统本地运行调用，最终生成一个新的Surface封装在WindowState中提供给Activity。
DisplayManagerService是用于管理显示的逻辑设备的一个中间层服务，主要用于维护已注册的
显示设备对象列表并向系统提供各显示设备的参数和运行情况。WindowsManagerService在运
行过程中将会评估当前设备的显示设备对象，通过DisplayManagerService获取当前已经在线的
显示设备对象进行操作。其主要操作是将WindowState、Surface等软件中抽象的对象与实际的
逻辑显示设备对象进行绑定，此外，将对比当前显示参数和逻辑显示设备的实际参数，最终将
对比结果提供给下层用于图像的适配和变形。
2.1.3 本地库与Kernel
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本地库中显示子系统中的最重要部分——Surface Manager/Surface Flinger。Surface
Manager将负责管理显示与存取操作间的互动，Surface Flinger将已传送的各Surface内容以及
应用所申请2D、3D的绘图进行系统级合成，并且管理双FB刷新机制。合成结果将直接送入
Framebuffer进行显示。其中如果硬件有相应的加速设备可通过OpenGL/ES进行图像硬件加
速，Display Manager Service则可通过Surface 和Display HAL获取较多的硬件设备参数。
2.2 Android平台下双屏异显实现
2.2.1 概述
Android支持多屏幕框架为双屏异显工作提供了诸多便利，如Surface Manger在识别到当
前设备拥有多个逻辑显示设备时，可根据需要创立对应的Surface； 通过Display Manager
Service 也可方便地获取到显示设备列表并进行操作。下文将对双屏异显中的技术核心点进行
阐述。
2.2.2 Window Manager Service的改造
Window Manager Service是一个显示控制方面的核心服务，选择通过Window Manager
Service进行改造会较为方便地获取到各个运行的显示相关服务的通讯通路，以及所有窗体的
状态控制，从而可以减少对于原生系统框架的修改，减少引入Bug和统一性降低的风险[3]。
Android系统通过一个WindowState的列表维护当前窗体栈，列表从开始直至结束代表当
前窗体显示的窗体景深（前后）布局顺序。该列表与当前显示默认设备绑定，而WindowState
本身包含着当前窗体的Surface信息。以上实现了默认显示设备、WindowState列表以及各
Window 的Surface的连接关系。
修改双屏异显功能如图2所示。
根据当前显示情况进行判断，若当前是双屏同显状态，有应用请求显示至第二块屏幕上。
首先按照默认窗体栈，也即默认WindowState列表创立一个新的窗体栈——第二窗体栈，通过
Display Manager Service获取第二块屏幕操作上下文对象DisplayContent并将新创建的第二窗体
栈与获取的上下文对象绑定。这时从第一窗体栈中查找当前应用的窗体状态对象
WindowState，获取后将其添加到第二窗体栈中，并从默认窗体栈中将这个窗体对象移除。
若当前显示状态已经为双屏异显状态，则查找默认窗体栈获取当前应用的窗体对象
WindowState，将第二窗体栈中的应用窗体移动到默认窗体栈栈顶，然后将当前应用的窗体对
象移动给第二窗体栈[4]。
伪代码表示：
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moveAppToSecondDisplay（CurrnetID）
{
//查找第二块屏幕
displayCount=（）；
defaultContent=getDefaultDisplayContent（）；
secondDisplayContent = null；
for（int i = 0； i < displayCount；i++）
{
tempContent=t（i）；
if（tempContent ！= defaultContent）{
secondDisplayContent = tempContent；
break；
}
}
//查找当前应用窗体并绑定显示屏幕
currentWindowState = null；
defaultWindowList=dowList（）；
secondWindowList=dowList（）；
for（int i=（）-1；i>=0；i--）
{
currentWindowState=（i）；
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if（d； == CurrnetID） break；
（win）；
yContent = secondDisplayContent；
//移动窗体
SecondDisplayAppMoveBack（）；
（currentWindowState）；
}
撤销双屏异显时，将第二窗体栈中的应用窗体移动至默认窗体栈栈顶，销毁创建的第二窗
体栈，有Display状态配置成双屏同显。
3 结语
本文从硬件到软件，自上而下分层分模块地描述了在ARM/Android的软硬件平台上双屏
异显应用于智能POS的实现方法，该方法相对而言具有低成本、低功耗以及高开放度的硬软
件组合等特点，所实现的双屏异显不仅能应用在智能POS上，而且针对各行各业需要交互的
场景都具有很好的参考价值。
参考文献：
[1] 文泉.无线POS机系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.
[2] CHANDRIAN ent Java native interface for Android based mobile
devices[D].Arizona：Arizona State University，2011.
[3] 曹凯.基于Android的POS机刷卡器驱动设计[D].青岛：中国海洋大学，2013.
[4] 范锋.Android的架构与应用开发研究[J].信息与电脑：理论版，2012（5）：34.
（责任编辑：孙 娟）
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