Gráficos cada vez mais rápidos utilização de NDK e Renderscript

Motorola Mobility

Peter van der Linden
Evangelista da tecnologia Android
Plataformas e serviços para desenvolvedores

Brasil - #appsum11br

Gráficos cada vez mais rápidos:
utilização de NDK e Renderscript

MOTODEV App Summit 2011 Page 2

1 INSTALANDO AS FERRAMENTAS

2 ESCREVA UM CÓDIGO C

3 CRIE UM CÓDIGO C

4 CHAMANDO C A PARTIR DE JAVA (O JNI)

5 RESUMO - Encerrando, Controle de qualidade

© 2011 Motorola Mobility, © 2011Versão 1.0
Inc. Motorola Mobility, Inc.


POR QUE CÓDIGOS C/C++ NO ANDROID?

• Open GL

• Desempenho

• Portar!

© 2011 Motorola Mobility, Inc.


Limitações C++ do NDK

• Originalmente para escrever partes de desempenho
crítico de código em C
• Você não precisa de abstração OOP para isso (e
a Dalvik VM é bastante rápida, com a compilação JIT
desde 2.2)

• O suporte de C++ é um tanto restrito
• exceções não são suportadas
• bugs conhecidos em invocações do
construtor/destrutor estáticas

• Assim, é mais provável que o código NDK seja escrito
em C do que em C++


Arquiteturas de CPU SUPORTADADAS
• o NDK suporta dois conjuntos de instruções ARM:
• ARMv5TE (inclui instruções Thumb-1). Esse é o target
padrão e o código compilado para ele será executado em
todos os dispositivos com Android baseado em ARM.
Escolha outro target, mudando uma linha no makefile do
Application.mk.
• O ARMv7-A (inclui instruções Thumb-2 e VFPv3-D16,
com suporte opcional para instruções NEON/VFPv3-D32).
O código compilado para ARMv7-A funcionará apenas em
dispositivos como o Verizon Droid ou Motorola XOOM que
possuem uma CPU v7. O código para NEON só
funcionará em um ARMv7 com suporte para NEON.

• Há uma terceira arquitetura "em construção"
(experimental, sem suporte):
• conjunto de instruções x86

INSTALANDO AS FERRAMENTAS

MOTOROLA e o logotipo estilizado M são marcas comerciais ou marcas registradas da Motorola Trademark Holdings, Versão 1.0
LLC. Todas as outras marcas comerciais são propriedade dos seus respectivos proprietários. © 2011 Motorola
Mobility, Inc. Todos os direitos reservados.


Baixando o Native Development Kit

• Verifique a compatibilidade: XP ou Vista, MacOS X 10.5,
Ubuntu

• Baixe o arquivo zip de 50 MB ou tar.bz2 em:
http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html

• Faça a descompactação dele em qualquer lugar, lembre-se
de onde em $NDK
export NDK=~/android-ndk-r5b

• Requer o GNU make e GNU awk! Usuários do Windows -
instalar o Cygwin 1.7 ou mais recente


Usuários do Windows
• Baixe e instale o Cygwin 1.7 ou mais recente
• Ferramentas de linha de comando Unix/Linux para
usuários do Windows
http://cygwin.com



Dicas para Windows e MacOS X

• Não use nomes de caminhos com espaços entre eles! Em
qualquer lugar!
• O Cygwin instala somente os pacotes básicos.
• Você precisa dos pacotes de desenvolvimento. É simples
instalar todo o branch “Devel”.
1. Execute o setup.exe.
2. Clique na palavra “Default” (Padrão) próxima ao nó
da raiz “Devel”.
3. “Default” altera para “Install” para o nó Devel.
4. Clique em “next” (Avançar) para instalar. Vá almoçar
enquanto a instalação é realizada.
5. Deixe-o criar um ícone do console cygwin na sua área
de trabalho.
6. Digite "make -v" no console cygwin para verificar se

está tudo OK.


Descompacte o Native Development Kit
• Contem sete pastas, e uma série de coisas para ler:



Pastas NDK

• build: 4 pastas de scripts awk e shell, makefiles para compilar os seus
arquivos C/C++
• docs: cerca de 20 arquivos de texto (Perguntas frequentes sobre o NDK);
acesse pelo navegador o arquivo documentation.html
• plataforms: .h e arquivos de sistema library.so para os vários níveis de API
• samples: uma série de exemplos de funcionamento
• sources: algumas fontes para os elementos relacionadas ao sistema
• tests: scripts para testar o próprio NDK. Provavelmente aqui por engano.
• toolchains: toolchains de cross-compiler



Adicionar suporte de C/C++ ao Eclipse

• O Eclipse tem um plug-in para C/C++, assim como para o Android

• Consiga isso usando o Eclipse
Help (Ajuda) > Install new software (Instalar novo software)

• Digite http://download.eclipse.org/releases/helios/ no campo “work
with” (trabalhar com) (ou qualquer versão que você usa)

• Advertências comuns sobre proxies de rede no trabalho (defina-os
em MOTODEV Studio > Preferences (Preferências) > Network Conn.
(Conexão de rede)

• Clique em Programming Langs (Linguagens de programação) >
C/C++ Development Tools (Ferramentas de desenvolvimento)



• Há um plugin para C/C++, assim como para o
Android

• Consiga isso usando o Eclipse
Help (Ajuda)> Install new software
(Instalar novo software)


Escreva seu código C

MOTOROLA e o logotipo estilizado M são marcas comerciais ou marcas registradas da Motorola Trademark Holdings,


Abordagem geral

•Comece com um aplicativo Android em Java, e adicione
pedaços NDK a ele.

•Coloque sua fontes C/C++ nativas em $PROJECT/jni:

•Crie o seu código nativo em bibliotecas (libraries).

•Seu código Java do Android pode chamar código nessas
bibliotecas nativas.

•O código nativo também pode chamar de volta em Java, e
acesso objetos Java.



Criar o projeto Android
da maneira usual



Crie a pasta jni para seu projeto

• Destaque o projeto Eclipse que usará o código nativo

• O nome do seu pacote é usado para acessar o código
nativo, então mantenha-o curto e simples, por exemplo,
"com.greet" para propósitos de treinamento

• File (Arquivo) > New (Novo) > Folder (Pasta)
• atribua-lhe o nome de "jni"

• Dentro dessa pasta jni recém-criada, nós adicionaremos
• um makefile
• alguns arquivos C



Adicione dois arquivos à pasta jni em seu projeto

• File (Arquivo) > New (Novo) > Other (Outro) ...
• Selecione General (Geral), File (Arquivo) e, em
seguida, procurar
• Escolha a pasta jni, com o nome de
"Android.mk“ > Finish (Finalizar)
• Repita, criando um arquivo "myhello.c", também na
pasta jni
• Isso oferece a você
• jni/Android.mk
• jni/myhello.c



Preencha arquivos na pasta jni
Criando a pasta jni em seu projeto

saud
ar



Criando mkfile na pasta jni



Preencha o makefile Android.mk
• Edite o arquivo jni/Android.mk que você acabou de criar
• Coloque essas palavras mágicas no makefile

LOCAL_PATH := $ l my-d r
(cal i)

i lude $
nc (CLEAR_VARS)

# nosso arqu vo fon e e a b b io
i t i l teca c iada
r
# a par i le
t rde
LOCAL_M O D ULE : he lo
= l
LOCAL_SRC_FILES : he lo c
= l .

i lude $
nc (BUILD_SHARE D_LIBRARY)



Desvio em relação ao make
• O make foi criado por Stu Feldman em 1977, no Bell Labs
• Em 2003, o Dr. Feldman recebeu o prêmio ACM Software System
Award pela criação dessa ferramenta amplamente difundida.
• Você não ficou sabendo disso por mim, mas a tradição de
software diz que...

# Cada comando que segue a linha de dependência,
# ou seja, o TARGET à esquerda, deve ser indentado por um
# caracter TAB.

target: componente-a-construir
<TAB>comandos-para-construi-lo



Crie o código C na pasta jni

•Edite o arquivo jni/myhello.c que você acabou de criar
•Coloque essas palavras mágicas no arquivo C
•Usa o objeto JNIEnv para criar uma string de Java a partir
de um literal

#incluir <string.h>
#incluir <jni.h>

jstring Java_com_greet_MyActivity_myCFunction
(JNIEnv* env, jobject javaThis) {
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from native
code!");
}


Código C explicado
Quando o JVM invoca uma função nativa, ele passa
• um indicador JNIEnv (estrutura que tem a interface da JVM para C)
• um ponteiro jobject (o objeto "this")
• quaisquer argumentos de Java declarados pelo método Java.

Esses tipos vêm de #include <jni.h> (veja em "plataforms")
Seu método de C deve ser escrito para esperar esses argumentos
O método C é chamado de "Java“_classname_activity_methodname

#incluir <string.h>
#incluir <jni.h>

Jstring Java_com_greet_MyActivity_myCFunction
(JNIEnv* env, jobject javaThis) {
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from native code!");
}
• ... parece, mas não é, um vazamento de memória?

Crie um código C



Chamadas entre linguagens

•O Android segue o caminho normal para falar entre
Java e C

•JNI – Java Native Interface

•Link para documentação do JNI
http://java.sun.com/docs/books/jni/

•Isso inclui um livro completo, um tutorial, exemplos, etc



Crie uma biblioteca C
• Abra uma janela de terminal, e cd para a pasta do projeto jni
• Use o script "NDK-build" do diretório NDK (apenas um invólucro GNU
Make) (pode colocar $NDK em seu caminho, se você quiser)
• O script compila o código C, o transforma em uma biblioteca
compartilhada (“shared library”)
• Move o libhello.so para um novo projeto de pasta libs/armeabi



Abordagem geral para a construção de uma biblioteca

• Salve arquivos no Eclipse
• Abra uma janela de terminal e cd na pasta jni do seu projeto
• Execute o script NDK-build para transformar o seu código em C
em um arquivo .so
• Essa lib *. so será adicionada no arquivo do aplicativo APK.
• File (Arquivo) > Refresh (Atualizar) no Eclipse (para sincronizar
com o sistema de arquivos)

$ cd MYECLIPSEPROJECT/ i
jn
$ $NDK/ndk-bu ld
i

Co mpi e thumb : he l <= helo
l lo l .c
SharedL ibrary :l bhe l
i lo.so
Ins l
tal :l b l .so => l /armeab /ibhe lo
i he lo ibs il l .so



CRIE SUA BIBLIOTECA: resumo

• O Eclipse não compila seu código NDK, o GNU Make sim

• O plugin C/C++ dá-lhe as cores de sintaxe e de edição (apenas)

• Execute o "NDK-build " script após cada edição de seu código C

• Depois clique em File > Refresh, (F5), para manter o Eclipse em
sincronia com seus arquivos nativos


O Lado Java do JNI



Código Java que chama para o código nativo

• Comece com o aplicativo de base criado no Eclipse

package com.greet;

impor andro
t id.app.Actvt ;
iiy
impor andro
t id.os.Bund ;
le

pub ic cl
l ass MyAct i y ex
ivt tends Ac ivt {
t iy
/ * Chamado quando a Actvt é cr
* iiy iada pe p i ra vez. *
la rmei /
@ Over ide
r
pub i vo onCreate
lc id (Bund savedIns
le tanceSta e) {
t
super .onCreate(savedInstanceSta ;
te)
setContentV iew(R.layout in)
.ma ;
}
}



Adicione o carregamento da biblioteca

• Adicione a chamada para carregar a nossa biblioteca
nativa libhello.so
• o nome deve corresponder ao nome da biblioteca
sem “lib” e “.so”
• assim libhello.so é "hello"
s t c{
ta i
Sys em.
t loadLibrary "he l " ;
( lo)
}



Adicione a declaração da função nativa

• Adicione a declaração de protótipo da função nativa

• No lado C, ela tem dois argumentos explícitos, um envp, um this

• Mas no lado Java, esses argumentos estão implícitos

p i te na i Str myCFunct )
r va t ve ing ion( ;



Adicione a chamada para a função nativa

• Nós pegaremos a string de C e exibiremos alertas para o usuário
(usando um “toast”).

impor s t c andro .
t ta i id widget Toast *
. .;
impor andro
t id.widget.Toas ;
t

...

Sr
t ing msg = myCFunct )
ion( ;
Toas .
t makeText th msg, LEN GTH_LO N G).show()
( is, ;



Juntando tudo
package com.greet
;

impor andro .app.Ac ivt ;
t id t iy
impor andro .os Bund ;
t id . le
impor s i andro d.w
t tatc i idget Toast *
. .;
impor andro .w
t id idget.Toas ;
t

pub ic c
l lass MyAct v ty ex
ii tends Ac ivt {
t iy

s t c { Sys
ta i tem.loadLibrary " l " ;}
( he lo )

pr te natve S r
iva i t ing myCFunct )
ion( ;

@ Override
pub i vo onCreate(Bund savedIns
l c id le tanceSta {
te)
super.onCreate(savedInstanceState);
setConten iew(R.
tV layout in)
.ma ;

Sr
t ing msg = myCFunct )
ion( ;

Toas .makeText th ,msg, LENGT H_LON G).show()
t ( is ;
}
}



O COMEÇO

Este pode ser um belo começo para um longo caminho

• http://groups.google.com/group/android-ndk/topics

• http://java.sun.com/docs/books/jni/

• http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html


MOTODEV App Summit 2011 Page
Página39

Renderscript
• Nova API com gráficos 3D de alto
desempenho
• Foi usada no Froyo para papéis de
parede animados
• É usada no Honeycomb para as apps
Books e YouTube
• O Honeycomb apresenta o
Renderscript como uma API pública

• Para executar códigos críticos em que
as APIs de estrutura tradicionais Open
GL ES não são rápidas o suficiente!
© 2010 Motorola Mobility, Inc. Motorola Mobility, Inc.
© 2011 Versão 1.0

Página42

API do Renderscript

• Uma API de "computação" para localizar pontos de movimento em 3D
• Um API de "renderização" para desenhar texturas sobre os pontos
• Uma linguagem de script baseada em C para acessar essa API
• Único objetivo: espremer até a última gota de desempenho gráfico!
• Abordagem: a API é uma fina camada sobre os recursos que são
suportados pelo hardware
• http://community.developer.motorola.com/t5/MOTODEV-
Blog/Introduction-to-Renderscript/ba-p/12136

© 2011 Versão 1.0

Página43

API do Renderscript

• As ferramentas de construção do Android compilam seu arquivo .rs do
Renderscript para bytecode intermediário.
• e o empacota no arquivo .apk do seu aplicativo.
• No dispositivo, o bytecode é compilado (durante a execução - JIT) para
código de máquina, que é otimizado para o dispositivo exato em que
está sendo executado
• O código de máquina é armazenado em cache para uso futuro
• Isso elimina a necessidade de destinar uma arquitetura específica
durante o processo de desenvolvimento. Excelente!


Página44

Exemplo de arquivo .rs (a partir de exemplos do
Honeycomb)
#pragma rsjava_package_name(com.andro . s l
id r .he lowor )
ld
# lude "
inc rs_graph cs rsh"/ Headers com APIs g f cas
i . / rá i

/ gTouchX e gTouchY são var
/ iáve que serão obt
is idas a ravés de
t
/ re lexão para o uso pe API java Podemos usá- para no ii r
/ f la . las tf ca
/ o sc ip de eventos de toque.
/ r t
i t gTouchX;
n
i t gTouchY;
n

/ Esse éi
/ nvocado automaticamente quando o scr t é c i
ip rado
vo int ){
id i(
gTouchX = 50 ;
.0f
gTouchY = 50 ;
.0f
}

i troo (
n t intlaunchID) {
/ Apaga a cor do p
/ lano fundo
rsgClearCo (0.0 , 0 f 0.0 , 0 f ;
lor f .0 , f .0 )
/ In r o run ime que a cor da fonte deve t
/ fo ma t er
rsgFontCo r .0f 1 f 1 0f 1 f ;
lo (1 , .0 , . , .0 )
//Nos apresenta ao mundo esboçando uma saudação
/ no loca em que o usuár o tocou a te
/ l i la
rsgDrawText "He lo Wor d! , gTouchX, gTouchY)
( l l " ;

/ O va or de re
/ l tornoin r ao RS aprox mada mente quantas vezes
fo ma i
/ redesenhar nesse caso 20 ms
/ ; Versão 1.0
re rn 20;
tu
}


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