Vulkan Tutorial 05 物理設備與隊列簇

操作系統:Windows8.1

顯卡:Nivida GTX965M

開發工具：Visual Studio 2017

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Selecting a physical device

通過VkInstance初始化Vulkan后，我們需要在系統中查找並選擇一個支持我們所需功能的顯卡。實際上，我們可以選擇任意數量的顯卡並同時使用他們，但在本小節中，我們簡單的設定選擇規則，即將查找到的第一個圖形卡作為我們適合的物理設備。

 

我們添加函數pickPhysicalDevice並在initVulkan函數中調用。

void initVulkan() {
    createInstance();
    setupDebugCallback();
    pickPhysicalDevice();
}

void pickPhysicalDevice() {

}

最終我們選擇的圖形顯卡存儲在類成員VkPhysicalDevice句柄中。當VkInstance銷毀時，這個對象將會被隱式銷毀，所以我們並不需要在cleanup函數中做任何操作。

VkPhysicalDevice physicalDevice = VK_NULL_HANDLE;

關於獲取圖形卡列表的方式與獲得擴展列表的方式類似。

uint32_t deviceCount = 0;
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, nullptr);

如果Vulkan支持的設備數為0，那么沒有任何意義進行下一步，我們選擇拋出異常。

if (deviceCount == 0) {
    throw std::runtime_error("failed to find GPUs with Vulkan support!");
}

否則我們分配數組存儲所有VkPhysicalDevice的句柄。

std::vector<VkPhysicalDevice> devices(deviceCount);
vkEnumeratePhysicalDevices(instance, &deviceCount, devices.data());

現在我們需要對它們進行評估，檢查它們是否適合我們要執行的操作，因為並不是所有的顯卡功能一致。為此我們添加一個新的函數:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
    return true;
}

我們將檢查是否有任何物理設備符合我們的功能需求。

for (const auto& device : devices) {
    if (isDeviceSuitable(device)) {
        physicalDevice = device;
        break;
    }
}

if (physicalDevice == VK_NULL_HANDLE) {
    throw std::runtime_error("failed to find a suitable GPU!");
}

下一節我們介紹isDeviceSuitable函數，並檢查第一個需要滿足的功能。在后續的小節中，我們將開始使用更多的Vulkan功能，我們會擴展此功能函數以滿足更多的檢查條件。

Base device suitability checks

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評估合適的設備我們可以通過遍歷一些細節來完成。基本的設備屬性像name, type以及Vulkan版本都可以通過vkGetPhysicalDeviceProperties來遍歷得到。

VkPhysicalDeviceProperties deviceProperties;
vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProperties);

可以使用vkGetPhysicalDeviceFeatures查詢對紋理壓縮，64位浮點數和多視圖渲染(VR非常有用)等可選功能的支持:

VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures;
vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures);

更多遍歷物理設備細節的信息，諸如設備內存、隊列簇我們將會在后續小節討論。

 

例如，我們假設我們的應用程序僅適用於支持geometry shaders的專用顯卡。那么isDeviceSuitable函數將如下所示:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
    VkPhysicalDeviceProperties deviceProperties;
    VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures;
    vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProperties);
    vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures);

    return deviceProperties.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU &&
           deviceFeatures.geometryShader;
}

為了避免純粹的單一的判斷一個設備是否合適，尤其是當你發現多個設備都合適的條件下，你也可以給每一個設備做權值，選擇最高的一個。這樣，可以通過給予更高權值獲取定制化的圖形設備，但如果沒有一個可用的設備，可以回滾到集成圖形設備。你可以按照如下方式實現:

#include <map>

...

void pickPhysicalDevice() {
    ...

    // Use an ordered map to automatically sort candidates by increasing score
    std::multimap<int, VkPhysicalDevice> candidates;

    for (const auto& device : devices) {
        int score = rateDeviceSuitability(device);
        candidates.insert(std::make_pair(score, device));
    }

    // Check if the best candidate is suitable at all
    if (candidates.rbegin()->first > 0) {
        physicalDevice = candidates.rbegin()->second;
    } else {
        throw std::runtime_error("failed to find a suitable GPU!");
    }
}

int rateDeviceSuitability(VkPhysicalDevice device) {
    ...

    int score = 0;

    // Discrete GPUs have a significant performance advantage
    if (deviceProperties.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU) {
        score += 1000;
    }

    // Maximum possible size of textures affects graphics quality
    score += deviceProperties.limits.maxImageDimension2D;

    // Application can't function without geometry shaders
    if (!deviceFeatures.geometryShader) {
        return 0;
    }

    return score;
}

我們不需要在小節內實現所有內容，但我們可以了解如何選擇圖形設備的過程。當然，我們也可以顯示圖形設備的名稱列表，讓用戶選擇。

 

因為我們剛剛開始，Vulkan的支持是我們唯一需要的，在這里假設任何GPU都可以:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
    return true;
}

在下一小節中，我們將會討論第一個真正需要檢查的設備功能。

Queue families

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之前已經簡要的介紹過，幾乎所有的Vulkan操作，從繪圖到上傳紋理，都需要將命令提交到隊列中。有不同類型的隊列來源於不同的隊列簇，每個隊列簇只允許部分commands。例如，可以有一個隊列簇，只允許處理計算commands或者只允許內存傳輸commands:

 

我們需要檢測設備中支持的隊列簇，其中哪一個隊列簇支持我們想要的commands。為此我們添加一個新的函數findQueueFamilies來查找我們需要的隊列簇。現在我們只會尋找一個支持圖形commands隊列簇，但是我們可以在稍后的小節中擴展更多的內容。

 

 

此函數返回滿足某個屬性的隊列簇索引。定義結構體，其中索引-1表示"未找到":

struct QueueFamilyIndices {
    int graphicsFamily = -1;

    bool isComplete() {
        return graphicsFamily >= 0;
    }
};

現在我們實現findQueueFamilies函數:

QueueFamilyIndices findQueueFamilies(VkPhysicalDevice device) {
    QueueFamilyIndices indices;

    ...

    return indices;
}

獲取隊列簇的列表函數為vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties:

uint32_t queueFamilyCount = 0;
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(device, &queueFamilyCount, nullptr);

std::vector<VkQueueFamilyProperties> queueFamilies(queueFamilyCount);
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(device, &queueFamilyCount, queueFamilies.data());

有關隊列簇，結構體VkQueueFamilyProperties包含了具體信息，包括支持的操作類型和基於當前隊列簇可以創建的有效隊列數。我們至少需要找到一個支持VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT的隊列簇。

int i = 0;
for (const auto& queueFamily : queueFamilies) {
    if (queueFamily.queueCount > 0 && queueFamily.queueFlags & VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT) {
        indices.graphicsFamily = i;
    }

    if (indices.isComplete()) {
        break;
    }

    i++;
}

現在我們有了比較理想的隊列簇查詢功能，我們可以在isDeviceSuitable函數中使用，確保物理設備可以處理我們需要的命令:

bool isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) {
    QueueFamilyIndices indices = findQueueFamilies(device);

    return indices.isComplete();
}

很好，我們已經找到了我們需要的物理設備，在下一個小節我們會討論邏輯設備。

 

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