【GPU驱动】- 状态机

一、概述

Mesa 是一个开源的图形库，它提供了一个通用的图形抽象层，支持多种硬件和驱动程序。Mesa 的核心组件之一是 State Tracker，它在抽象图形 API（如 OpenGL ）与具体的图形驱动之间起到桥梁作用。State Tracker 通过将高级 API 的调用转换为硬件能够理解的命令，从而使得 Mesa 能够支持多种图形 API 和硬件平台。

二、功能

1. 状态管理：跟踪并管理图形 API 的各种状态，如着色器状态、纹理状态、缓冲区状态等。
2. 命令转换：将图形 API 的命令转换为 Gallium3D 能够理解的命令。
3. 资源管理：处理图形资源的分配、释放和管理，如顶点缓冲区、索引缓冲区、帧缓冲区等。
4. 性能优化：通过状态缓存和重用来减少不必要的状态切换，从而提高性能。

三、文件分类

三、工作原理与流程

状态管理

状态管理是保持高级图形 API（如 OpenGL）的状态与底层硬件（通过 Gallium3D 管道）的状态一致。State Tracker 通过维护一套状态变量，并在必要时将这些状态同步到硬件，确保图形操作的正确执行。
在初始化阶段，State Tracker 会创建并初始化各种状态对象，并将它们与 Gallium3D 管道状态进行映射。
当应用程序调用 OpenGL API 改变图形状态时，State Tracker 需要更新相应的状态，并将变化同步到 Gallium3D 管道。例如，当调用 glBindTexture 更改当前绑定的纹理时，State Tracker 会更新 st_context 中的纹理状态，并相应地更新 Gallium3D 的纹理状态。
为了确保状态的一致性，State Tracker 使用一系列回调函数和状态原子（st_atom）来管理状态同步。每个状态原子对应一个具体的状态更新函数，当状态发生变化时，State Tracker 会检查状态缓存，如果状态实际发生变化，则调用相应的状态更新函数。

命令转换

命令转换是将应用程序通过高级图形 API 发出的命令转换为底层 Gallium3D 管道可以执行的命令。这包括绘图命令、状态设置命令和资源管理命令。

• 绘图命令：State Tracker 需要将这些命令转换为 Gallium3D 的绘图命令，并在硬件上执行绘图操作。
• 状态设置命令：涉及到 OpenGL 状态的改变，如启用/禁用深度测试、混合模式等。这些命令需要转换为 Gallium3D 的状态设置命令。
• 资源管理命令：涉及到 OpenGL 资源的创建、绑定和销毁，如纹理、缓冲区等。这些命令需要转换为 Gallium3D 的资源管理命令。

资源管理

State Tracker 还负责图形资源的管理。它需要确保资源的正确分配、绑定和释放。例如，当应用程序创建一个纹理时，State Tracker 会在 Gallium3D 中创建相应的纹理对象，并维护它的状态和数据。

• 资源创建：包括从应用程序的请求中创建 OpenGL 资源，并在底层 Gallium3D 中分配相应的硬件资源。
• 资源绑定：包括将 OpenGL 资源绑定到当前上下文，使其可用于渲染操作。
• 资源更新：包括在资源数据发生变化时，将变化同步到底层 Gallium3D 资源。
• 资源销毁：包括在 OpenGL 资源被删除时，释放相应的 Gallium3D 资源。

性能优化

性能优化的核心在于通过状态缓存来减少不必要的状态切换。例如，st_atom 结构定义了一系列状态原子，每个状态原子对应一个具体的状态更新函数。当状态发生变化时，State Tracker 会检查状态缓存，只有在状态实际变化时才进行状态更新。

• 状态缓存：性能优化的关键策略之一，通过缓存状态并在必要时重用，可以减少不必要的状态切换，提升性能。
• 批处理命令：可以减少 CPU 和 GPU 之间的同步开销，通过将多个命令打包成一个批次，可以提高命令传递的效率。
• 资源复用：可以减少资源的创建和销毁开销，而延迟释放可以优化内存管理，避免频繁的内存分配和释放。

四、数据结构

状态管理

• st_context：这是 State Tracker 的核心上下文结构，包含了所有的 OpenGL 状态和与 Gallium3D 管道状态的映射。

struct st_context {
    struct pipe_context *pipe;
    struct cso_context *cso_context;
    struct gl_context *ctx;
    struct st_framebuffer *framebuffer;
    struct st_texture *textures[MAX_TEXTURE_UNITS];
    // 其他状态变量
};

• gl_context
  这是 OpenGL 上下文的核心数据结构，包含了 OpenGL 的各种状态变量，例如当前绑定的纹理、着色器、缓冲区等。

struct gl_context {
    // OpenGL 状态变量
    struct gl_texture_unit TextureUnits[MAX_TEXTURE_UNITS];
    struct gl_vertex_array_object *VAO;
    struct gl_shader_program *ShaderProgram;
    // 其他状态变量
};

命令转换

pipe_draw_info：这是 Gallium3D 中的绘图信息结构，包含了绘图操作的所有必要信息。
struct pipe_draw_info {
    enum pipe_prim_type mode;
    unsigned start;
    unsigned count;
    // 其他绘图参数
};

资源管理

• st_texture：这是 State Tracker 中用于表示纹理的结构，封装了 Gallium3D 的 pipe_resource 结构。

struct st_texture {
    struct pipe_resource *resource;
    struct pipe_sampler_view *view;
    // 其他纹理状态
};

• pipe_resource：这是 Gallium3D 中的资源表示结构，用于描述 GPU 上的内存资源。

struct pipe_resource {
    enum pipe_texture_target target;
    unsigned width0;
    unsigned height0;
    // 其他资源参数
};

性能优化

• st_state_cache：这是 State Tracker 用于缓存状态的结构，通过缓存状态来减少不必要的状态切换。

struct st_state_cache {struct pipe_rasterizer_state rasterizer;struct pipe_blend_state blend;struct pipe_depth_stencil_alpha_state dsa;// 其他状态缓存
};