8.3.2　GPU渲染

GPU渲染，也就是我们通常所说的硬件加速，从软件的层面所做的工作就是将数学模型按照GPU的规定，翻译为GPU可以识别的指令和数据，传递给GPU，生成像素阵列等图像密集型计算则由GPU负责完成。可见，当使用GPU进行渲染时，在软件层面，实质上就是组织命令和数据而已。

Intel GPU的2D驱动是如何将这些命令和数据传递给GPU的呢？读者一定想到了BO。在Intel GPU的2D驱动中，定义了使用了一种所谓的批量缓冲来保存这些命令和数据，这里所谓的批量就是将驱动准备命令和数据放到这个缓冲，然后批量地让GPU来读取，这就是批量缓冲的由来。批量缓冲的相关定义在结构体intel_screen_private中：

在结构体intel_screen_private中，数组batch_ptr是X（准确地说是2D驱动）在用户空间使用的组织命令和数据的地方，指针batch_bo则指向内核空间保存批量缓冲数据的BO。2D驱动将相关的命令和数据组织在数组batch_ptr中，然后将数组batch_ptr中的数据复制到batch_bo指向的内核空间中的BO中，供GPU来读取。

2D驱动的代码中为了方便，也定义了几个操作批量缓冲的宏，典型的有如下的OUT_BATCH和OUT_RELOC_PIXMAP_FENCED：

宏OUT_BATCH将命令或者数据写入数组batch_ptr，宏OUT_RELOC_PIXMAP_FENCED将BO的在GPU地址空间中的虚拟地址写入数组batch_ptr。

接下来，我们以具体的绘制方法miPolyRectangle为例，讨论2D驱动如何使用GPU进行绘制，也就是我们通常所说的硬件加速，具体代码如下：

根据不同的绘制条件，函数miPolyRectangle将绘制矩形的动作进行了拆分，拆分的目的是选择最合适的绘制方式进行绘制。这个拆分方法不依赖于任何具体硬件，因此，X将这个拆分过程放到mi层中。

如果矩形的线性是实心填充的，且线段交汇处是尖角（JoinMiter）风格的，并且宽度不为0，那么使用方法PolyFillRect绘制，见代码第4～9行。否则，使用方法Polylines绘制，如代码第10～14行所示。

以PolyFillRect为例，其在UXA（即uxa_ops）中对应的具体函数是uxa_poly_fill_rect：

函数uxa_poly_fill_rect首先检查各种绘制条件以确认是否适合使用GPU进行绘制，如代码第4～7行所示。如果适合使用GPU进行绘制，则陆续调用函数prepare_solid和solid为GPU准备指令和数据，下面我们会重点讨论这两个函数。

否则，正如第5行代码所示，跳转到标签fallback处，即代码第9行，使用函数uxa_check_poly_fill_rect进行绘制，这个函数实际是使用CPU进行绘制的，我们将在8.3.3节进行讨论。

UXA中的函数指针solid指向intel_uxa_solid：

根据前面讨论的批量缓冲以及为操作批量缓冲封装的几个宏，读者一定已经看出来了，上面的代码是在组织批量缓冲在用户空间的数组batch_ptr。那么函数intel_uxa_solid向batch_ptr中填入各项的意义是什么呢？这个显然要参考Intel GPU的指令格式。根据第8行代码可见，2D驱动发送给GPU的指令是XY_COLOR_BLT，该指令的功能是对目标区域以指定颜色填充。Intel GPU的指令XY_COLOR_BLT的格式如表8-1所示。

下面我们结合表8-1来分析函数intel_uxa_solid组织批量缓冲的过程。

1）由表8-1可见，指令XY_COLOR_BLT包含6个双字（DWord），第10行代码填充的是第0个双字，其中"BR00"是什么意思呢？事实上，GPU内部分为多个微核，处理不同的命令，处理2D指令的微核称为BLT引擎（Engine）。对于每个2D指令，每个双字实际上分别被送往BLT引擎的各个寄存器中。因此，这里的BR就是"BLT Register"的简写，如指令XY_COLOR_BLT中的第1个双字被送往BLT引擎的第0个寄存器，第2个双字被送往BLT引擎的第13个寄存器，等等。

因此，对于GPU指令来说，需要指明自己需要哪个微核来处理，这就是第一个双字中第29～31位的作用，0x2表示2D指令、0x3表示3D指令等。寄存器BR00中最重要的就是指令的操作码，即第22～28位，对于指令XY_COLOR_BLT，其操作码是0x50。其余位主要用于控制，如第11位用于控制是否打开Tiling，等等。因此，寄存器BR00也被称为"BLT Opcode＆Control Register"。

根据宏XY_COLOR_BLT_CMD的定义：

其中从第22位开始的0x50正是指令XY_COLOR_BLT的指令操作码。第29～30位设置为2，告诉GPU这个指令是一个2D指令，需要GPU定向给BLT引擎。

2）第12行代码填充的是第1个双字，对应BLT引擎的寄存器BR13。其中"intel-＞BR[13]"是为了方便构建指令在程序中定义的一个变量，保存寄存器BR13的值。这就是函数uxa_poly_fill_rect在调用solid之前，调用函数prepare_solid的目的。在UXA（uxa_ops）中，prepare_solid对应的函数是intel_uxa_prepare_solid：

函数intel_uxa_prepare_solid根据图像实际使用的色深，设置相应的位。intel_uxa_prepare_solid除了计算了寄存器BR13中的色深外，也计算了寄存器BR16的值，BR16中的值是GPU进行填充时使用的颜色。

除了设置色深外，第12行代码也设置了图像的跨度（pitch），跨度是以字节为单位表示的图像的一行的长度。

3）第13行代码填充了第2个双字，对应BLT引擎的寄存器BR22，这个寄存器中保存的是目标区域的左上角的坐标。

4）第14行代码填充了第3个双字，对应BLT引擎的寄存器BR23，这个寄存器中保存的是目标区域的右下角的坐标。

5）第15～16行代码填充的第4个双字，对应BLT引擎的寄存器BR09，这个寄存器中保存的是目标区域在GPU的显存空间中的地址。这里的pixmap就是Screen Pixmap，所以宏OUT_RELOC_PIXMAP_FENCED就是将保存前缓冲的像素阵列的BO在显存空间中的地址填充到这个双字中。读者可以参见前面关于宏OUT_RELOC_PIXMAP_FENCED的介绍。

6）第17行代码填充了第5个双字，对应BLT引擎的寄存器BR16，这个寄存器中保存的是填充使用的颜色。

在完成指令XY_COLOR_BLT的构建后，函数intel_batch_submit将用户空间的batch_ptr中的数据复制内核空间的，并通知GPU，开始执行批量缓冲中的指令，代码如下：

其中函数dri_bo_subdata，我们已经在8.2.2节讨论过，其负责将数据从用户空间复制到内核空间。所以这里就是2D驱动将组织在用户空间中的数组batch_ptr中的数据复制到批量缓冲在内核中对应的BO。

函数drm_intel_bo_mrb_exec通知GPU开始执行批量缓冲中的指令。方式是通过写GPU的一个寄存器，具体过程请参考8.4.2节。