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Mali GPU : Abstract Machine Part

Mali GPU : Abstract Machine Part

作者: 小老鼠oo | 来源:发表于2019-11-24 21:00 被阅读0次

    https://community.arm.com/developer/tools-software/graphics/b/blog/posts/the-mali-gpu-an-abstract-machine-part-1---frame-pipelining

    Render机制概述

    要分析AP的graphics performance,需要了解OGL ES API的模型,观察其行为进行推测。
    下面是这个机制的3个有用的部分:

    1. CPU-GPU rendering pipeline
    2. Tile-based rendering
    3. Shader core architecture

    Synchronous API, Asynchronous Execution

    很重要的基础是,了解AP调用的OGLES API需要执行的render操作。AP执行一系列func calls,以设置下一个draw task所需的state,然后调用glDrawxxx来触发一次真正的draw operation. 由于API是synchronous同步的,就会感觉后续的render操作都是立即发生的,其实不是这样,这是driver造成的错觉。

    与draw calls类型,第二个错觉来自driver的end-of-frame buffer flip。
    我们知道用eglSwapBuffer来swap front and back-buffer,这也是driver造成的同步假象,实际硬件的buffer swap都在很长时间以后发生。

    Pipelining

    这么做是为了performance。
    如果我们强制把render做同步,就可能发生:

    • GPU idle,但CPU忙于为下一个draw创建state
    • CPU idle,但GPU在渲染

    这不利于performance,所有的idle都不该有。


    GLES sync

    为了去除idle,GLES driver维护了synchronous rendering的假象,实际底层render和frame swaps 是异步的(asynchronously under the hood)。通过async可以建立一个小backlog of work,允许创建一个pipeline:GPU处理一个pipeline尾的older workloads,而CPU向另一个 push new work。这样就可以时pipeline一直是full的,GPU总有工作可以做,以提高performance。

    GLES async

    Mali GPU pipeline的units根据per rendertarget basis来schedule,render target可能是window surface或者是off-screen render buffer。一个render target被处理为两个步骤:

    1. GPU处理所有render target的draw calls的vertex shading,
    2. 处理整个render target的fragment shading
    GLES mali

    可以看到,CPU处理比较快,Geometry就是顶点着色阶段,Fragment就是Pixel着色,时间最长。

    Pipeline Throttling

    图中可以看到,fragment work是3个操作里面最慢的,它愈发落后于CPU处理和geometry stages。
    这种延迟是用户受不了的,不该因fragment stage而使backlog of work过大。所以需要机制周期性的降低CPU thread的速度,当pipeline full时不再enqueue,

    这种throttling mechanism节流机制一般由host windowing system处理,而不是graphic driver。
    比如,adnroid上,在指定buffer的orientation前,我们不能做任何draw操作,因为user可能会rotate device,change frame size。Surfaceflinger, Android的window surface manager,就会控制pipeline depeth: 在排队等待render的queue如果超过了N个buffer,就不再给AP的graphics stack返回buffer.

    只要达到N,CPU就会idle,阻塞在EGL或者OGLES API func,直到display consume pending buffer,释放一个新buffer去做render。

    这种机制下,如果graphics stack跑的比显示的刷新率块,就也会剑指pipeline buffering。
    这个图里,vsync limited,等待vertical blank signal,他用来告诉display controller何时switch to next front-buffer。如果GPU处理frame比display显示的速度快,那SF就会积攒大量早已render好的buffer,等待显示。

    GLES mali vsync

    如图,vsync limited,这时CPU和GPU会周期性的idel。
    然后DVFS(dynamic voltage and frequency scaling)就会试图降低工作频率从而降低电压和功耗。

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