Cg profiles，如何使用CGC編譯Cg語言（轉）

抄「GPU Programming And Cg Language Primer 1rd Edition」 中文名「GPU編程與CG語言之陽春白雪下里巴人」

 

    計算機只能理解和執行由0、1序列（電壓序列）構成的機器語言，因此彙編語言和高級語言程序都須要進行翻譯才能被計算機所理解，擔負這一任務的程序稱爲語言處理程序，一般也被稱爲編譯程序。例如C或者C++ 編寫的程序，須要首先編譯成可執行文件（.exe文件），而後才能在GPU上運行，且一旦編譯後，除非改變程序代碼，不然不須要從新編譯，這種方式稱爲靜態編譯（static coompilation）。靜態編譯最重要的特徵是：一旦編譯爲可執行文件，在可執行文件運行期間再也不須要源碼信息。而動態編譯（dynamic compilation）與之相反，編譯程序和源碼都要參與到程序的運行過程當中。

    Cg語言一般採用動態編譯的方式，即，在宿主程序運行時利用Cg運行庫( Cg Runtime library)動態編譯Cg代碼，使用動態編譯的方式，能夠將Cg程序看成一個腳本，隨時修改隨時運行，節省大量的時間，在OGRE圖形引擎中就是採用這樣的方法。在文獻[2]的1.4.2章節中提到Cg語言一樣支持靜態編譯方式，即，Cg源碼編譯成彙編代碼後，這部分目標代碼被連接到宿主程序最後的可執行程序中。使用靜態編譯的好處是隻要發佈可執行文件便可，源碼不會被公開。

    Cg編譯器首先將Cg程序翻譯成可被圖形API（OpenGL和Direct3D）所接受的形式，而後應用程序使用適當的OpenGL和Direct3D 命令將翻譯後的Cg程序傳遞給圖形處理器，OpenGL和Direct3D驅動程序最後把它翻譯成圖形處理器所須要的硬件可執行格式。NVIDIA提供的 Cg編譯器爲cgc.exe。

    Cg程序的編譯不但依賴於宿主程序所使用的三維編程接口，並且依賴於圖形硬件環境，由於圖形硬件自身的限制，不必定支持某種Cg語句，例如，若是你所使用的GPU並不支持循環控制指令，那麼在Cg程序中編寫的循環控制語句將沒法經過編譯。被特定的圖形硬件環境或AIP所支持的Cg語言子集，被稱爲Cg Profiles。須要注意的是： profile分爲頂點程序的profile和片斷程序的profile，這是由於頂點着色器和片斷着色器本來就不是工做在同一個硬件。

    Cg Profiles是Cg語言的重要組成部分，在使用Cg語言編寫着色程序時，首先要考慮的一點就是「當前的圖形硬件環境支持那個Cg Profile」，這直接關係到您所編寫的着色程序是否能夠在當前的圖形硬件上運行。

4.3.1 CGC編譯命令

 

    若是Cg Toolkit安裝正確，在NVIDIA Corporation\Cg\bin文件夾下會看到cgc.exe文件。首先打開命令行窗口，輸入「cgc –h」（引號不用輸入），若是安裝正確，則會出現圖 12所示的提示信息。

Cg程序編譯的命令形式爲：

                                        cgc [options] file

    [options]表示可選配置項，file表示Cg程序文件名。可選配置項包括編譯時選擇使用的profile、着色程序的入口函數名稱，以及着色程序文件名。比較典型的編譯方式是：

        cgc –profile glslv –entry main_v test.cg

    -profile是profile配置項名；glslv是當前所使用的profile名稱；-entry着色程序的入口函數名稱配置項；main_v是頂點着色程序的入口函數名；test.cg是當前的着色程序文件名。編譯器指定的着色程序入口函數名默認爲main，一般爲了將頂點\片斷着色程序入口函數名區別開來，而並不使用默認名稱。在下面全部的例子中，main_v表示頂點着色程序入口函數名,main_f表示片斷着色程序入口函數名。

 須要強調以下幾點：

1.    着色程序分爲頂點着色程序和片斷着色程序，profile也分爲頂點profile和片斷profile，因此編譯頂點着色程序時必須選用當前圖形硬件支持的頂點profile，同理，編譯片斷着色程序時必須選用當前圖形硬件支持的片斷profile。下面所示使用片斷profile fp20編譯頂點着色程序是不對的。

 

cgc –profile fp20 glslv –entry main_v test.cg

 

    因此，若是您的着色程序中同時存在頂點着色程序和片斷着色程序，在編譯前切記分別選擇各自的profile。

2.    選擇profile 若是不被當前圖形硬件所支持，編譯時會出現錯誤。被編譯的着色程序中，若是存在不被所選擇的profile所支持的語句，則編譯時會出現錯誤。例如， tex2D(sampler2D tex , float3 sz ,float2 dsdx , float2 dsdy )不被fp20所支持，若是你的編譯形式爲：

 

cgc –profile fp20 –entry main_f test.cg

 

    則會出現錯誤提示信息：

    error C3004: function 「tex2D」 not supported in this profile。

    改用fp30，進行編譯就會經過。

 

cgc –profile fp30 –entry main_f test.cg

 

    尤爲須要注意的是，循環語句for,while只被vs_2_x, vp30, vp40,fp40等少許的profiles所支持。在CgUsersManual中提到：

 

「In other profiles, for and while loops may only be used if the compiler can fully unroll them (that is, if the compiler can determine the iteration count at compile time)」，

 

    這句話的意思是「在其餘的profiles中，for和while循環只有當確切的知道循環次數時才能被使用」。但通過試驗，一般在其餘profiles編譯含義for,while語句時會出現錯誤提示信息：

            error c6003：instruction limit of exceeded……

      

    所以，若是沒有確切的把握，不要在低級的profiles中使用循環控制語句。

3.    被編譯的着色程序文件名必須加上.cg後綴。若是沒有加後綴，寫成以下的形式：

 

cgc –profile glslv –entry main_v test

 

    則會出現錯誤提示信息：fatal error C9999: Can’t open file:test

4.    另外cgc還提供一種比較特殊的功能：就是將Cg語言所寫的着色程序轉換爲使用GLSL或HLSL所編寫的程序。例如，將代碼寫成以下形式，表示編譯文件 test.cg中的頂點着色程序，入口函數名爲main_v，並將頂點着色程序轉換爲glsl程序，而後保存成文件direct.glsl。

cgc –profile glslv –o direct.glsl –entry main_v  test.cg

 

5.    還有一個很是隱蔽的編譯狀況是：若是着色程序中的某些變量並無爲最終的輸出作出貢獻，則編譯時會將該部分代碼忽略（會檢查語法錯誤，但並不編譯成彙編代碼）。一般這一點不會形成太大的影響，可是若是這些變量恰好是從外部宿主程序中傳入的變量，而且在着色程序中沒有被使用，則宿主程序傳入變量的接口函數可能會報錯「找不到該變量」。這種狀況比較少遇到，但並不是不存在，且一旦趕上問題的緣由難以查明，故而我在此寫上，但願能夠有所幫助。

    基於GPU編程，最使人崩潰的一點是：沒法跟蹤調試着色程序！這一點目前尚未解決方案出現。對於一個着色程序，語法錯誤能夠經過編譯器發現，而代碼邏輯錯誤只能是人爲查找。常會遇到這種狀況，一段代碼編譯經過，可是運行結果不在預期之中，若是是C++\JAVA程序就能夠進行跟蹤調試，可是着色程序不能被調試，只能一行代碼一行代碼的進行邏輯分析。

    因此，編譯着色程序要很是注意邏輯的嚴密性，和代碼的組織結構，這是爲了更加容易的暴露錯誤和維護代碼。一個良好的習慣是加入註釋語句。

4.4 CG Profiles

    Profile在英文中的意思是「側面、輪廓」， 文獻[1]第三頁寫到：A Cg profile defines a subset of the full Cg language that is supported on a particular hardware platform or API（CgUsersManual 21頁）。

   

    即一個Cg profile定義了一個「被特定圖形硬件或API所支持的Cg語言子集」，從前面的分析咱們能夠知道，任意一種shader language都是基於可編程圖形硬件的（寄存器、指令集等），這也就意味着:不一樣的圖形硬件對應着不一樣的功能子集。Profile按照功能能夠劃分爲頂點Profile和片段Profile，而頂點profile和片斷profile又基於OpenGL和DirectX的不一樣版本或擴展，劃分爲各類版本。從某種意義上而言，OpenGL和DirectX的發展歷程成就了Cg語言。

當前Cg compiler所支持的profiles有：

?    OpenGL ARB vertex programs

Runtime profile: CG_PROFILE_ARBVP1

Compiler option: _profile arbvp1

?    OpenGL ARB fragment programs

Runtime profile: CG_PROFILE_ARBFP1

Compiler option: _profile arbfp1

?    OpenGL NV40 vertex programs

Runtime profile: CG_PROFILE_VP40

Compiler option: _profile vp40

?    OpenGL NV40 fragment programs

 Runtime profile: CG_PROFILE_FP40

Compiler option: _profile fp40

?    OpenGL NV30 vertex programs

Runtime profile: CG_PROFILE_VP30

Compiler option: _profile vp30

?    OpenGL NV30 fragment programs

 Runtime profile: CG_PROFILE_FP30

Compiler option: _profile fp30

?    OpenGL NV2X vertex programs

Runtime profile: CG_PROFILE_VP20

Compiler option: _profile vp20

?    OpenGL NV2X fragment programs

 Runtime profile: CG_PROFILE_FP20

Compiler option: _profile fp20

?    DirectX 9 vertex shaders

Runtime profiles: CG_PROFILE_VS_2_X

               CG_PROFILE_VS_2_0

Compiler options:-profile vs_2_x

               -profile vs_2_0

?    DirectX 9 pixel shaders

Runtime profiles: CG_PROFILE_PS_2_X

              CG_PROFILE_PS_2_0

Compiler options: -profile ps_2_x

                  -profile ps_2_0

?    DirectX 8 vertex shaders

Runtime profiles: CG_PROFILE_VS_1_1

Compiler options:-profile vs_1_1

?    DirectX 8 pixel shaders

Runtime profiles: CG_PROFILE_PS_1_3

              CG_PROFILE_PS_1_2

CG_PROFILE_PS_1_1

Compiler options: -profile ps_1_3

                  -profile ps_1_2

                  -profile ps_1_2

                  -profile ps_1_1

附：截止到2009年10月，出現的profile已經不止上面這些種類了，尤爲是如今DirectX已經出到了11的版本。上面的profile是能夠在當前大多數機器上使用的。