Directx11教程(13) D3D11管線(1)

原文: Directx11教程(13) D3D11管線(1)

      從本篇教程開始，咱們暫停代碼的學習，先來了解一下D3D11的管線，這些管線不涉及具體的硬件，而是着重於理解可以支持D3D11的管線實現。

參考資料：

http://fgiesen.wordpress.com/2011/07/01/a-trip-through-the-graphics-pipeline-2011-part-1/

經過前面的教程，咱們知道，要用D3D11畫一個三角形，咱們須要作如下步驟：

 

       這些步驟大體分爲四個階段，初始化階段，數據裝配階段，shader執行階段，以及合併輸出階段。這些步驟最終會在D3D11硬件設備上上執行。

     咱們知道，顯卡都有驅動程序，也就是driver，經過driver，windows系統才能和顯卡硬件進行交互，完成渲染任務。

     一般顯卡(GPU)的driver有D3D driver和OpenGL driver。 因爲微軟各代D3D 之間並不徹底兼容，因此D3D driver有分爲D3D9 driver，D3D10 driver，D3D11 driver,  D3D12 driver 等等。

 

     首先是咱們的3D應用程序, 它經過調用D3D11 API函數，實現建立資源(好比頂點緩衝)，設置狀態(好比深度模版狀態)，調用drawIndex函數等等。

     D3D運行庫會跟蹤咱們設置的狀態，驗證函數的參數是否正確，驗證shader代碼以及shader連接庫， 編譯shader(把shader從原始的HLSL編譯成DX ASM, dx的彙編格式shader)，另外它還有內存管理以及設備管理的功能。DX運行庫的會把應用程序的調用最終傳送到用戶模式driver(UMD)中，從某種程度上來講，咱們能夠把DX運行庫當作一個包裝器，它是應用程序和UMD之間的接口。

 

    UMD(user mode driver)是指用戶模式driver，它其實就是一些動態連接庫(dll),徹底運行在cpu端。GPU廠商都願意把更多的功能寫入UMD，由於其僅是一個dll，容易調試、能夠實現多線程操做（好比一個線程編譯shader，一個線程處理紋理），即便UMD崩潰了，也不會引發系統藍屏，由於它和咱們普通的應用程序沒有本質區別。

    UMD主要功能：編譯shader(把DX ASM編譯成特殊的IL，中間語言，再編譯成對應硬件的機器碼)，轉化應用程序的狀態設置和drawcall到硬件識別的packet，並把packet放入到command buffer，另外UMD也有一些內存管理功能，好比虛擬地址管理。

    UMD最終會產生GPU中各個引擎的workload，好比圖形引擎，視頻編解碼引擎，DMA引擎，computer引擎等等，這些workload都以command buffer的形式傳到KMD中，再傳給相應的硬件引擎，讓它們去作這些工做。

    在UMD中，BLT操做管理是處理2D功能，主要就是buffer操做，好比stretch blt，color buffer clear，msaa resolve，內存copy等待。地址庫決定memory的佈局，好比tile mode，對齊方式，swizzle操做等待。

    UMD中還有特殊硬件處理層和特殊軟件處理層，由於如今driver都是統一架構的，一套driver驅動不一樣代的顯卡，因此UMD中特殊硬件處理層就是對特殊硬件進行一些操做，好比某代顯卡有bug，可能就要在這個特殊處理層中進行一些補救操做。針對某些特殊軟件的優化就放在特殊軟件處理層中處理，好比某些跑分程序。

     在UMD和KMD之間還有DXGI，這是微軟的DirectX圖形基礎架構，它的設計主要是進行一些底層的操做，它能夠看做是KMD的運行庫，如今微軟把愈來愈多的底層管理放入到了DXGI中。好比顯存管理，commandbuffer的調度，同步操做，present後緩衝到前緩衝，顯示器的管理等等。3D應用程序也能夠直接訪問DXGI一部分功能，好比枚舉系統中使用的顯卡。

 

      KMD( kernel mode driver),是指Kernel模式driver，KMD負責直接和硬件打交道，可能在系統中有多個UMD實例，但KMD只能有一個。一旦KMD崩潰，操做系統可能會出現藍屏錯誤，KMD主要功能包括：

一、在多個應用程序使用GPU的狀況下，KMD經過slice time分時操做來管理應用程序。

    好比在一個時間片內一個app進行物理內存操做，另外一個時間片內另外一個app初始化GPU，設置顯示模式等，在不一樣app間切換時，就須要context switch，響應中斷等。

二、ASCI的初始化，一套driver會對應多代的顯卡，ASIC這兒就是指不一樣代的顯卡，它們可能架構不一樣，KMD要針對當前的硬件，選擇合適的ASCI設置。

3. 電源管理，GPU內存資源的分配，回收。

4. command buffer提交到GPU硬件，以便GPU硬件開始buffer中的packet。

下圖爲d3d11 api和driver的交互框圖，從中咱們能夠清晰的理解D3d api如何轉化爲硬件的packet，並被提交到硬件引擎的ring buffer。