《OpenCL编程指南》之与Direct3D互操作

时间：2017-06-11 13:43:26 阅读：361 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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介绍OpenCL与D3D 10之间的互操作。

1.初始化OpenCL上下文实现Direct3D互操作

OpenCL共享由pragma cl_khr_d3d10_sharing启用：

#pragma OPENCL EXTENSION cl_khr_d3d10_sharing: enable

启用D3D共享时，很多OpenCL函数会有所扩展，将接受一些处理D3D10共享的参数类型和值。

可以用D3D互操作属性来创建OpenCL上下文：

·CL_CONTEXT_D3D10_DEVICE_KHR 在clCreateContext和clCreateContextFromtype的属性参数中作为一个属性名。

函数可以查询D3D互操作特定的对象参数：

·CL_CONTEXT_D3D10_PREFER_SHARED_RESOURCES_KHR 作为clGetContextInfo的param_name参数值。

·CL_MEM_D3D10_RESOURCE_KHR 作为clGetMemObjectInfo的param_name参数值。

·CL_IMAGE_D3D10_SUBRESOURCE_KHR 作为clGetImageInfo的param_name参数值。

·CL_COMMAND_ACQUIRE_D3D10_OBJECTS_KHR 和 CL_COMMAND_RELEASE_D3D10_OBJECTS_KHR 当param_name为CL_ENCENT_COMMAND_TYPE时，在clGetEventInfo的参数param_value中返回。

OpenCL D3D10互操作函数在头文件cl_d3d10.h中。D3D10的Khronos扩展可以从Khronos网站得到。对于某些发布版本，可能需要下载这个扩展。

初始化OpenCL的过程与平常基本相同，只有几点细小差别。首先平台可以使用clGetPlatformIDs函数列出。由于我们在搜索一个支持D3D共享的平台，要在各个平台上使用clGetPlatformInfo()调用来查询它支持的扩展。如果扩展串中包含cl_khr_d3d10_sharing，说明可以选用这个平台来实现D3D共享。

给定一个支持D3D共享的cl_platform_id,可以在这个平台上使用clGetDeviceIDsFromD3D10KHR()查询相应的OpenCL设备ID：

cl_int clGetDeviceIDsFromD3D10KHR(
    cl_platform_id             platform,
    cl_d3d10_device_source_khr d3d_device_source,
    void *                     d3d_object,
    cl_d3d10_device_set_khr    d3d_device_set,
    cl_uint                    num_entries,
    cl_device_id *             devices,
    cl_uint *                  num_devices)

例如：

errNum = clGetDeviceIDsFromD3D10KHR(
    platformIds[index_platform],
    CL_D3D10_DEVICE_KHR,
    g_pD3DDevice,
    CL_PREFERRED_DEVICES_FOR_D3D10_KHR,
    1,
    &cdDevice,
    &num_devices);

if (errNum == CL_INVALID_PLATFORM) {
    printf("Invalid Platform: Specified platform is not valid\n");
} else if( errNum == CL_INVALID_VALUE) {
    printf("Invalid Value: d3d_device_source, d3d_device_set is not valid or num_entries = 0 and devices != NULL or num_devices == devices == NULL\n");
} else if( errNum == CL_DEVICE_NOT_FOUND) {
    printf("No OpenCL devices corresponding to the d3d_object were found\n");
}

代码为选择的OpenCL平台（platformIds[index_platform]）获取一个OpenCL设备ID（cdDevice）。常量CL_D3D10_DEVICE_KHR指示发送的D3D10对象（g_pD3DDevice）是一个D3D10设备，通过CL_PREFERRED_DEVICES_FOR_D3D10_KHR来选择该平台的期望设备。这会返回与平台和D3D10设备关联的期望OpenCL设备。

这个函数返回的设备ID可以用来创建一个支持D3D共享的上下文。创建OpenCL上下文时，clCreateContext*()调用中的cl_context_properties域应当包括要共享的D3D10设备的指针。例如：

cl_context_properties contextProperties[] =
{
    CL_CONTEXT_D3D10_DEVICE_KHR, 
    (cl_context_properties)g_pD3DDevice,
    CL_CONTEXT_PLATFORM,
    (cl_context_properties)platformIds[index_platform],
    0
};


context = clCreateContextFromType( contextProperties, CL_DEVICE_TYPE_GPU, NULL, NULL, &errNum ) ;

这个示例代码中，会从D3D10CreateDeviceAndSwapChain()调用返回D3D10设备g_pD3DDevice的指针。

2.从D3D缓冲区和纹理创建OpenCL内存对象

可以使用clCreateFromD3D10*KHR() OpenCL函数由现有的D3D缓冲区对象和纹理创建OpenCL缓冲区和图像对象。

可以使用clCreateFromD3D10BufferKHR()由现有的D3D缓冲区创建OpenCL内存对象：

cl_mem clCreateFromD3D10BufferKHR(
    cl_context     context,
    cl_mem_flags   flags,
    ID3D10Buffer * resource,
    cl_int *       errcode_ret)

所返回的OpenCL缓冲区对象的大小与resource的大小相同。这个调用将使resource上的内部Direct3D引用计数增1.所返回OpenCL内存对象上的OpenCL引用计数减至0时，resource上的内部Direct3D引用计数会减1.

缓冲区与纹理都可以与OpenCL共享。

在D3D10中，纹理可以如下创建：

// 2D texture
D3D10_TEXTURE2D_DESC desc;
ZeroMemory( &desc, sizeof(D3D10_TEXTURE2D_DESC) );
desc.Width = g_WindowWidth;
desc.Height = g_WindowHeight;
desc.MipLevels = 1;
desc.ArraySize = 1;
desc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
desc.SampleDesc.Count = 1;
desc.Usage = D3D10_USAGE_DEFAULT;
desc.BindFlags = D3D10_BIND_SHADER_RESOURCE;
if (FAILED(g_pD3DDevice->CreateTexture2D( &desc, NULL, &g_pTexture2D)))
    return E_FAIL;

这个共享的纹理格式为DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM。然后可以使用

cl_mem clCreateFromD3D10Texture2DKHR(
    cl_context        context,
    cl_mem_flags      flags,
    ID3D10Texture2D * resource,
    UINT              subresource,
    cl_int *          errcode_ret)

创建一个OpenCL图像对象。所返回的OpenCL图像对象的宽度、高度和深度由resource得子资源subresource的宽度、高度、深度决定。所返回的OpenCL图像对象的通道类型和次序由resource的格式确定。

这个调用将使resource上的内部Direct3D引用计数增1.所返回的OpenCL内存对象上的OpenCL引用计数减至0时，resource上的内部Direct3D引用计数减1.

类似有3D的，

cl_mem clCreateFromD3D10Texture3DKHR(
    cl_context        context,
    cl_mem_flags      flags,
    ID3D10Texture3D * resource,
    UINT              subresource,
    cl_int *          errcode_ret)

3.OpenCL中获取和释放Direct3D对象

在opencl中处理之前必须先获取direct3d对象，在由direct3d使用之前必须先释放direct3d对象。

cl_int clEnqueueAcquireD3D10ObjectsKHR(
    cl_command_queue command_queue,
    cl_uint          num_objects,
    const cl_mem *   mem_objects,
    cl_uint          num_events_in_wait_list,
    const cl_event * event_wait_list,
    cl_event *       event)

这会获得由D3D10资源创建的的OpenCL内存对象。

cl_int clEnqueueAcquireD3D10ObjectsKHR(
    cl_command_queue command_queue,
    cl_uint          num_objects,
    const cl_mem *   mem_objects,
    cl_uint          num_events_in_wait_list,
    const cl_event * event_wait_list,
    cl_event *       event)

这会获得由Direct3D 10资源创建OpenCL内存对象。clEnqueueAcquireD3D10ObjectsKHR()提供了同步保证，在调用clEnqueueAcquireD3D10ObjectsKHR()之前做出的所有D3D 10调用都必须先完全执行，之后event才能报告完成，command_queue中的所有后续OpenCL工作才能开始执行。

释放函数为：

cl_int clEnqueueReleaseD3D10ObjectsKHR(
    cl_command_queue command_queue,
    cl_uint          num_objects,
    const cl_mem *   mem_objects,
    cl_uint          num_events_in_wait_list,
    const cl_event * event_wait_list,
    cl_event *       event)

这会获得由Direct3D 10资源创建OpenCL内存对象。clEnqueueReleaseD3D10ObjectsKHR()提供了同步保证，在调用clEnqueueReleaseD3D10ObjectsKHR()之后做出的所有D3D 10调用不会立即开始执行，直到event_wait_list中所有事件都已经完成，而且提交到command_queue中的所有工作都已经完成执行之后这些D3D 10调用才会开始。

另外，与D3D10不同，OpenGL获取函数不会提供同步保证。另外，获取和释放纹理时，最高效的做法是同时获取和释放所有共享的纹理和资源。另外，最好在切换回D3D处理之前处理完所有opencl内核。采用这种方式，获取和释放调用可以用来构成opencl和D3D处理的边界。

4.OpenCL中处理D3D纹理

opencl修改纹理内容：

cl_int computeTexture()
{
    cl_int errNum;

    static cl_int seq =0;
    seq = (seq+1)%(g_WindowWidth*2);

    errNum = clSetKernelArg(tex_kernel, 0, sizeof(cl_mem), &g_clTexture2D);
    errNum = clSetKernelArg(tex_kernel, 1, sizeof(cl_int), &g_WindowWidth);
    errNum = clSetKernelArg(tex_kernel, 2, sizeof(cl_int), &g_WindowHeight);
    errNum = clSetKernelArg(tex_kernel, 3, sizeof(cl_int), &seq);
    
    size_t tex_globalWorkSize[2] = { g_WindowWidth, g_WindowHeight };
    size_t tex_localWorkSize[2] = { 32, 4 } ;

    errNum = clEnqueueAcquireD3D10ObjectsKHR(commandQueue, 1, &g_clTexture2D, 0, NULL, NULL );

    errNum = clEnqueueNDRangeKernel(commandQueue, tex_kernel, 2, NULL,
                                    tex_globalWorkSize, tex_localWorkSize,
                                    0, NULL, NULL);
    if (errNum != CL_SUCCESS)
    {
        std::cerr << "Error queuing kernel for execution." << std::endl;
    }
    errNum = clEnqueueReleaseD3D10ObjectsKHR(commandQueue, 1, &g_clTexture2D, 0, NULL, NULL );
    clFinish(commandQueue);
    return 0;
}

用opencl内核计算生成一个D3D纹理对象的内容：

__kernel void xyz_init_texture_kernel(__write_only image2d_t im, int w, int h, int seq )
{
    int2 coord = { get_global_id(0), get_global_id(1) };
    float4 color =  { 
                      (float)coord.x/(float)w,
                      (float)coord.y/(float)h,
                      (float)abs(seq-w)/(float)w,
                      1.0f};
    write_imagef( im, coord, color );
}

这个纹理使用write_imagef()函数写至内核。这里seq是一个序列号变量，在宿主机上每一帧会循环递增，并发送至内核。在内核中，seq变量用于生成纹理颜色值。seq递增时，颜色会改变来实现纹理动画。

另外，代码中使用了一种渲染技术g_pTechnique。这是一个基本处理管线，会用到一个简单的顶点着色器，将顶点和纹理坐标传递到一个像素着色器：

//
// Vertex Shader
//
PS_INPUT VS( VS_INPUT input )
{
    PS_INPUT output = (PS_INPUT)0;
    output.Pos = input.Pos;
    output.Tex = input.Tex;
        
    return output;
}

technique10 Render
{
    pass P0
    {
        SetVertexShader( CompileShader( vs_4_0, VS() ) );
        SetGeometryShader( NULL );
        SetPixelShader( CompileShader( ps_4_0, PS() ) );
    }
}

这个技术使用常规的D3D10调用加载。像素着色器再对OpenCL内核修改的纹理完成纹理查找，比提供显示：

SamplerState samLinear
{
    Filter = MIN_MAG_MIP_LINEAR;
    AddressU = Wrap;
    AddressV = Wrap;
};

float4 PS( PS_INPUT input) : SV_Target
{
    return txDiffuse.Sample( samLinear, input.Tex );
}

在像素着色器中，samLinear是输入纹理的一个线性采样器。对于渲染循环的每次迭代，OpenCL在computeTexture()中更新纹理内容，有D3D10显示更新的纹理。

5.OpenCL中处理D3D顶点数据

现考虑使用一个包含顶点数据的D3D缓冲区在屏幕上绘制一个正弦曲线。首先为D3D中的顶点缓冲区定义一个简单的结构：

struct SimpleSineVertex
{
    D3DXVECTOR4 Pos;
};

可以为这个结构创建一个D3D10缓冲区，这里缓冲区中包含256个元素：

bd.Usage = D3D10_USAGE_DEFAULT;
bd.ByteWidth = sizeof( SimpleSineVertex ) * 256;
bd.BindFlags = D3D10_BIND_VERTEX_BUFFER;
bd.CPUAccessFlags = 0;
bd.MiscFlags = 0;

hr = g_pD3DDevice->CreateBuffer( &bd, NULL, &g_pSineVertexBuffer );

因为要使用OpenCL设置缓冲区中的数据，所以为第二个参数pInitialData传入NULL，只分配空间。一旦创建了D3D缓冲区 g_pSineVertexBuffer，可以使用clCreateFromD3D10BufferKHR()函数从g_pSineVertexBuffer创建一个OpenCL缓冲区：

g_clBuffer = clCreateFromD3D10BufferKHR( context, CL_MEM_READ_WRITE, g_pSineVertexBuffer, &errNum );
if( errNum != CL_SUCCESS)
{

    std::cerr << "Error creating buffer from D3D10" << std::endl;
    return E_FAIL;
}

与前类似，g_clBuffer可以作为一个内核参数发送到一个生产数据的OpenCL内核。在示例代码中，正弦曲线的顶点位置在内核中生成：

__kernel void init_vbo_kernel(__global float4 *vbo, int w, int h, int seq)
{
    int gid = get_global_id(0);
    float4 linepts;
    float f = 1.0f;
    float a = 0.4f;
    float b = 0.0f;

    linepts.x = gid/(w/2.0f)-1.0f;
    linepts.y = b + a*sin(3.14*2.0*((float)gid/(float)w*f + (float)seq/(float)w));
    linepts.z = 0.5f;
    linepts.w = 0.0f;

    vbo[gid] = linepts;
}

渲染时，设置布局和缓冲区，并指定一个线条带。接下来，computeBuffer()调用前面的内核更新缓冲区。激活一个简单的渲染管线，并绘制256个数据点：

// Set the input layout
g_pD3DDevice->IASetInputLayout( g_pSineVertexLayout );
// Set vertex buffer
stride = sizeof( SimpleSineVertex );
offset = 0;
g_pD3DDevice->IASetVertexBuffers( 0, 1, &g_pSineVertexBuffer, &stride, &offset );

// Set primitive topology
g_pD3DDevice->IASetPrimitiveTopology( D3D10_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINESTRIP );

computeBuffer();
g_pTechnique->GetPassByIndex( 1 )->Apply( 0 );
g_pD3DDevice->Draw( 256, 0 );