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window 显示驱动开发-线性伸缩空间段

news 来源：原创 2025/8/3 22:24:56

线性伸缩空间段类似于线性内存空间段。但是，伸缩空间段只是地址空间，不能容纳位。

若要保存位，必须分配系统内存页，并且必须重定向地址空间范围以引用这些页面。内核模式显示微型端口驱动程序（KMD）必须实现 DxgkDdiBuildPagingBuffer 函数，以便DXGK_OPERATION_MAP_APERTURE_SEGMENT和DXGK_OPERATION_UNMAP_APERTURE_SEGMENT操作类型来处理重定向，并且必须按 Display Miniport Driver Driver Driver 的 DriverEntry 中所述公开此函数。 Dxgkrnl 使用要重定向的地址空间范围和引用已分配的物理系统内存页的 MDL 调用 DxgkDdiBuildPagingBuffer 。

KMD 通常通过编程页表（对于视频内存管理器（VidMm）未知）来实现地址空间范围的重定向。

驱动程序必须在DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR结构的 Flags 成员中设置 Aperture 位字段标志，以指定线性伸缩空间段。驱动程序还可以设置以下位字段标志来指示其他段支持：

CpuVisible 指示该段是 CPU 可访问的。
CacheCoherent 指示该段与段重定向到的页面的 CPU 保持缓存一致性。

下图显示了线性光圈空间段的可视表示形式。

1. 核心特性

特性	说明
虚拟地址空间	仅为地址范围，不包含实际内存（需动态映射物理页）。
动态重定向	通过 `DxgkDdiBuildPagingBuffer` 将虚拟地址绑定到系统内存页（MDL 描述）。
CPU 默认可见	通常用于 CPU 频繁访问的资源（如动态缓冲区）。
缓存一致性可选	通过 `CacheCoherent` 标志保持 CPU-GPU 缓存同步

2. 段描述符配置（DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR）

(1) 基础配置

DXGK_SEGMENTDESCRIPTOR Segment = {.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_APERTURE, // 声明为光圈段.BaseAddress = 0x10000000, // 虚拟地址起始.Size        = 0x20000000, // 512MB.SegmentId   = 2, 
};

(2) 可选标志

标志	作用	适用场景
`DXGK_SEGMENT_FLAGS_CPU_VISIBLE`	允许 CPU 访问（通常默认启用）	CPU-GPU 共享数据
`DXGK_SEGMENT_FLAGS_CACHE_COHERENT`	强制缓存一致性	避免手动刷新缓存（如 ARM GPU）

示例（缓存一致的线性光圈段）：

{.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_APERTURE | DXGK_SEGMENT_FLAGS_CACHE_COHERENT,.BaseAddress = 0x30000000,.Size        = 0x10000000, // 256MB.SegmentId   = 3,
}

3. 内存映射流程

(1) 分配虚拟地址范围

应用程序请求内存（如 ID3D12Resource 创建）。
VidMm 选择伸缩段，分配虚拟地址（GPU VA）。

(2) 物理页绑定（重定向）
VidMm 调用 DxgkDdiBuildPagingBuffer，传入：

操作类型：DXGK_OPERATION_MAP_APERTURE_SEGMENT（映射）或 UNMAP（解除映射）。
MDL（Memory Descriptor List）：描述系统内存物理页。
虚拟地址范围：需绑定的 GPU VA。

KMD 实现重定向：

编程 GPU 页表，将 GPU VA 映射到 MDL 中的物理页。
若启用 CACHE_COHERENT，需配置 GPU 缓存策略。

代码示例（映射操作）：

NTSTATUS DxgkDdiBuildPagingBuffer(DXGKARG_BUILDPAGINGBUFFER* pArgs) {if (pArgs->Operation == DXGK_OPERATION_MAP_APERTURE_SEGMENT) {// 获取 MDL 中的物理页PHYSICAL_ADDRESS physAddr = MmGetMdlPfnArray(pArgs->pMdl)[0];// 编程 GPU 页表ProgramGpuPageTable(pArgs->VirtualAddress, physAddr);}return STATUS_SUCCESS;
}

4. 典型应用场景

(1) 动态顶点/索引缓冲区
需求：CPU 每帧更新数据，GPU 读取。

配置：

{.Flags       = DXGK_SEGMENT_FLAGS_APERTURE | DXGK_SEGMENT_FLAGS_CACHE_COHERENT,.BaseAddress = 0x20000000,.Size        = 0x08000000, // 128MB
}

(2) 分页资源（Pageable Resources）
需求：按需加载大型纹理。

流程：

初始分配虚拟地址（不绑定物理页）。
访问时触发缺页中断，VidMm 调用 DxgkDdiBuildPagingBuffer 动态映射。

(3) 多 GPU 共享资源

需求：数据在多个 GPU 间迁移。
优势：虚拟地址固定，仅需更新物理页映射。

5. 驱动开发注意事项

(1) 页表管理

GPU 页表独立于 CPU：需驱动自行维护 GPU MMU（内存管理单元）的页表。
TLB 一致性：映射/解除映射后，需无效化 GPU TLB（如通过 DXGK_INVALIDATE_TLB）。

(2) 性能优化

批处理映射操作：合并多次映射请求，减少 GPU 上下文切换。
避免过度分片：尽量分配连续物理页（减少页表项数量）。

(3) 错误处理

物理页不足：返回 STATUS_GRAPHICS_INSUFFICIENT_DMA_BUFFER。
非法虚拟地址：验证 VirtualAddress 是否在段范围内。

6. 与线性内存空间段的对比

特性	线性光圈空间段	线性内存空间段
物理内存	动态绑定系统内存页	直接分配显存
地址转换	需 GPU 页表映射	直接访问（无转换）
CPU 访问	默认支持	需显式启用 (`CPU_VISIBLE`)
性能	较低（转换开销）	高（零开销）
适用场景	CPU 频繁写、分页资源	高性能渲染目标

7. 可视化表示

GPU 虚拟地址空间：
0x10000000 ┌───────────────────────┐ ← 光圈段起始（BaseAddress）│   Virtual Range       │ │   (No Physical Memory)│ ├───────────────────────┤ ← 映射操作后│   Mapped to           │ │   System Memory (MDL) │ ← 物理页动态绑定
0x30000000 └───────────────────────┘ ← 段结束

8. 总结

线性伸缩空间段 = 虚拟地址 + 动态物理页绑定，适用于需灵活内存管理的场景。

关键驱动实现：

处理 DXGK_OPERATION_MAP_APERTURE_SEGMENT/UNMAP 操作。
维护 GPU 页表，确保地址转换正确。

优势：

支持 CPU 高效读写。
实现按需分页和资源共享。

通过合理使用伸缩段，驱动程序可以在保证功能性的同时，优化复杂应用场景下的内存利用率。