Directx11教程(13) D3D11管线(1)

原文: Directx11教程(13) D3D11管线(1)

      从本篇教程开始，咱们暂停代码的学习，先来了解一下D3D11的管线，这些管线不涉及具体的硬件，而是着重于理解可以支持D3D11的管线实现。

参考资料：

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

经过前面的教程，咱们知道，要用D3D11画一个三角形，咱们须要作如下步骤：

 

       这些步骤大体分为四个阶段，初始化阶段，数据装配阶段，shader执行阶段，以及合并输出阶段。这些步骤最终会在D3D11硬件设备上上执行。

     咱们知道，显卡都有驱动程序，也就是driver，经过driver，windows系统才能和显卡硬件进行交互，完成渲染任务。

     一般显卡(GPU)的driver有D3D driver和OpenGL driver。 因为微软各代D3D 之间并不彻底兼容，因此D3D driver有分为D3D9 driver，D3D10 driver，D3D11 driver,  D3D12 driver 等等。

 

     首先是咱们的3D应用程序, 它经过调用D3D11 API函数，实现建立资源(好比顶点缓冲)，设置状态(好比深度模版状态)，调用drawIndex函数等等。

     D3D运行库会跟踪咱们设置的状态，验证函数的参数是否正确，验证shader代码以及shader连接库， 编译shader(把shader从原始的HLSL编译成DX ASM, dx的汇编格式shader)，另外它还有内存管理以及设备管理的功能。DX运行库的会把应用程序的调用最终传送到用户模式driver(UMD)中，从某种程度上来讲，咱们能够把DX运行库当作一个包装器，它是应用程序和UMD之间的接口。

 

    UMD(user mode driver)是指用户模式driver，它其实就是一些动态连接库(dll),彻底运行在cpu端。GPU厂商都愿意把更多的功能写入UMD，由于其仅是一个dll，容易调试、能够实现多线程操做（好比一个线程编译shader，一个线程处理纹理），即便UMD崩溃了，也不会引发系统蓝屏，由于它和咱们普通的应用程序没有本质区别。

    UMD主要功能：编译shader(把DX ASM编译成特殊的IL，中间语言，再编译成对应硬件的机器码)，转化应用程序的状态设置和drawcall到硬件识别的packet，并把packet放入到command buffer，另外UMD也有一些内存管理功能，好比虚拟地址管理。

    UMD最终会产生GPU中各个引擎的workload，好比图形引擎，视频编解码引擎，DMA引擎，computer引擎等等，这些workload都以command buffer的形式传到KMD中，再传给相应的硬件引擎，让它们去作这些工做。

    在UMD中，BLT操做管理是处理2D功能，主要就是buffer操做，好比stretch blt，color buffer clear，msaa resolve，内存copy等待。地址库决定memory的布局，好比tile mode，对齐方式，swizzle操做等待。

    UMD中还有特殊硬件处理层和特殊软件处理层，由于如今driver都是统一架构的，一套driver驱动不一样代的显卡，因此UMD中特殊硬件处理层就是对特殊硬件进行一些操做，好比某代显卡有bug，可能就要在这个特殊处理层中进行一些补救操做。针对某些特殊软件的优化就放在特殊软件处理层中处理，好比某些跑分程序。

     在UMD和KMD之间还有DXGI，这是微软的DirectX图形基础架构，它的设计主要是进行一些底层的操做，它能够看做是KMD的运行库，如今微软把愈来愈多的底层管理放入到了DXGI中。好比显存管理，commandbuffer的调度，同步操做，present后缓冲到前缓冲，显示器的管理等等。3D应用程序也能够直接访问DXGI一部分功能，好比枚举系统中使用的显卡。

 

      KMD( kernel mode driver),是指Kernel模式driver，KMD负责直接和硬件打交道，可能在系统中有多个UMD实例，但KMD只能有一个。一旦KMD崩溃，操做系统可能会出现蓝屏错误，KMD主要功能包括：

一、在多个应用程序使用GPU的状况下，KMD经过slice time分时操做来管理应用程序。

    好比在一个时间片内一个app进行物理内存操做，另外一个时间片内另外一个app初始化GPU，设置显示模式等，在不一样app间切换时，就须要context switch，响应中断等。

二、ASCI的初始化，一套driver会对应多代的显卡，ASIC这儿就是指不一样代的显卡，它们可能架构不一样，KMD要针对当前的硬件，选择合适的ASCI设置。

3. 电源管理，GPU内存资源的分配，回收。

4. command buffer提交到GPU硬件，以便GPU硬件开始buffer中的packet。

下图为d3d11 api和driver的交互框图，从中咱们能够清晰的理解D3d api如何转化为硬件的packet，并被提交到硬件引擎的ring buffer。