设备是对物理设备的一种抽象,使我们更加方便地使用它。更准确地说,应该称其为“逻辑设备”,但由于逻辑设备在Vulkan中极为常用,后面几乎所有的API都需要它作为第一个参数,因此在Vulkan中直接简称为设备。
1. 实例、物理设备与设备的关系
在之前的几篇文章中,我们依次创建了实例和物理设备,但很多人对它们之前的关系可能不太清楚,它们的关系如下图所示:
简单来说,在一个应用程序中,可以创建多个实例(VkInstance
),每个实例可以使用多个物理设备(VkPhysicalDevice
),基于每个物理设备可以创建多个设备(VkDevice
). 目前我们使用的是最为简单的组合:一个实例+一个物理设备+一个设备。
接下来将创建一个设备,既然设备是对物理设备的抽象,那么创建设备自然离不了物理设备,除此之外还需要一些其它的信息。
2. 创建设备的流程
让我们再次回顾第一篇文章中的那幅“地图”,现在我们已经来到了第三层:
从图中可以看到,需要基于一个物理设备(VkPhysicalDevice
)创建设备(VkDevice
)。此外,我们需要从设备中获取队列(VkQueue
), 从而向这些队列提交命令。在选择物理设备时,我们分别选择了支持图形与显示的队列族索引mGraphicsQueueFamilyIndex
和mPresentQueueFamilyIndex
, 创建好设备后,将会通过这两个索引获取队列。
函数vkCreateDevice
用于创建设备,其原型如下:
VkResult vkCreateDevice(
VkPhysicalDevice physicalDevice,
const VkDeviceCreateInfo* pCreateInfo,
const VkAllocationCallbacks* pAllocator,
VkDevice* pDevice);
第一个参数传入上一节选择好的物理设备mPhysicalDevice
, 目前的主要任务是填充结构体VkDeviceCreateInfo
, 此结构体的定义如下:
typedef struct VkDeviceCreateInfo {
VkStructureType sType;
const void* pNext;
VkDeviceCreateFlags flags;
uint32_t queueCreateInfoCount;
const VkDeviceQueueCreateInfo* pQueueCreateInfos;
uint32_t enabledLayerCount;
const char* const* ppEnabledLayerNames;
uint32_t enabledExtensionCount;
const char* const* ppEnabledExtensionNames;
const VkPhysicalDeviceFeatures* pEnabledFeatures;
} VkDeviceCreateInfo;
其中:
sType
设置为结构体的类型,pNext
设置为nullptr, flags
设置为0即可,和之前填充的结构体类似;
queueCreateInfoCount, pQueueCraeteInfos
: 需要将一个VkDeviceQueueCreateInfo
数组传给此结构体;
enabledLayerCount, ppEnabledLayerNames
: 将mRequiredLayers
这个vector传给结构体;
enableExtensionCount, ppEnabledExtensionsNames
: 将mRequiredExtensions
这个vector传给结构体;
pEnabledFeatures
: 表示应用程序需要哪些扩展,暂时将其设置为nullptr.
上述结构体的大部分成员我们都很熟悉,只有VkDeviceQueueCreateInfo
这个结构体有些陌生,此结构体的定义如下:
typedef struct VkDeviceQueueCreateInfo {
VkStructureType sType;
const void* pNext;
VkDeviceQueueCreateFlags flags;
uint32_t queueFamilyIndex; // 队列族的索引
uint32_t queueCount; // 希望在此队列族中创建的队列个数
const float* pQueuePriorities; // 队列的优先级,与调度有关
} VkDeviceQueueCreateInfo;
此结构体中,需要关注的成员是最后三个:
queueFamilyIndex
: 队列族的索引,传入mGraphicsQueueFamilyIndex
或mPresentQueuFamilyIndex
;
queueCount
: 此队列族中创建队列的个数,前面提到过,队列族是功能相同队列的集合,目前只需要1个队列即可;
pQueuePriorities
: 指向队列优先级的指针。优先级在0.0~1.0之间,优先级更高的队列会被更频繁地调度,目前设置为1.0即可。
因此,创建设备的步骤大致为:
- 填充
VkDeviceQueueCreateInfo
结构体; - 填充
VkDeviceCreateInfo
结构体; - 调用
vkCreateDevice
创建设备。
3. 填充队列信息
在创建物理设备时,我们曾提到:mGraphicsQueueFamilyIndex
与mPresentQueueFamilyIndex
很可能相等(即这个队列族既支持图形处理,又支持显示相关的功能),如果二者相等,没有必要创建两个队列。因此,最终的代码如下:
/* 填充VkDeviceQueueCreateInfo结构体 */
vector<VkDeviceQueueCreateInfo> deviceQueueCreateInfos;
float queuePriority = 1.0f; // 必须指定优先级,如果pQueuePriorities设置为nullptr会报错
VkDeviceQueueCreateInfo deviceGraphicsQueueCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
mGraphicsQueueFamilyIndex, // .queueFamilyIndex
1, // .queueCount
&queuePriority, // .pQueuePriorities
};
deviceQueueCreateInfos.push_back(deviceGraphicsQueueCreateInfo);
if (mPresentQueueFamilyIndex != mGraphicsQueueFamilyIndex) {
VkDeviceQueueCreateInfo devicePresentQueueCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
mPresentQueueFamilyIndex, // .queueFamilyIndex
1, // .queueCount
&queuePriority, // .pQueuePriorities
};
deviceQueueCreateInfos.push_back(devicePresentQueueCreateInfo);
}
只有两个索引不相等时,才会添加额外的创建信息。
4. 填充设备信息并创建队列
有了以上内容,就可以填充VkDeviceCreateInfo
结构体了:
/* 填充VkDeviceCreateInfo结构体 */
VkDeviceCreateInfo deviceCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
deviceQueueCreateInfos.size(), // .queueCreateInfoCount
deviceQueueCreateInfos.data(), // .pQueueCreateInfos
mRequiredLayers.size(), // .enabledLayerCount
mRequiredLayers.data(), // .ppEnabledLayerNames
mRequiredExtensions.size(), // .enabledExtensionCount
mRequiredExtensions.data(), // .ppEnabledExtensionNames
nullptr, // .pEnabledFeatureks
};
在VulkanApp类中添加表示设备的成员:
VkDevice mDevice; // (逻辑)设备
最后调用vkCreateDevice
创建设备:
if_fail(
vkCreateDevice(mPhysicalDevice, &deviceCreateInfo, nullptr, &mDevice),
"failed to create device!"
);
Log("create device successfully");
由于我们需要向队列提交命令,因此需要获取创建好的队列。在VulkanApp类中,定义成员mGraphicsQueue
和mPresentQueue
分别表示用于图形处理和显示的队列:
VkQueue mGraphicsQueue; // 支持图形的队列
VkQueue mPresentQueue; // 支持显示的队列
在创建设备时,我们传入了队列信息,因此设备已经帮我们创建好了队列,只要通过函数vkGetDeviceQueue
从设备中获取队列即可:
vkGetDeviceQueue(mDevice, mGraphicsQueueFamilyIndex, 0, &mGraphicsQueue);
vkGetDeviceQueue(mDevice, mPresentQueueFamilyIndex, 0, &mPresentQueue);
此函数的第一个参数是刚才创建的设备mDevice
,第二个参数是队列族的索引,第三个参数是队列的索引(由于我们在队列族中只使用了一个队列,因此此处队列的索引传入0),最后一个参数返回相应的队列。
从此处的函数调用可以看出,如果
mGraphicsQueueFamilyIndex == mPresentQueueFamilyIndex
, 那么mGraphicsQueue
和mPresentQueue
应当是同一个队列。
别忘了最后在析构函数中销毁设备对象:
~VulkanApp() {
vkDestroyDevice(mDevice, nullptr);
......
}
5. 到目前位置的完整代码
如果成功创建设备,应当能看到Log输出的信息:[INFO] create device successfully.
在下篇博客中,我们将了解什么是交换链(Swapchain)以及如何创建交换链对象。
到目前为止的完整代码
#define GLFW_INCLUDE_VULKAN
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
#include <vector>
using std::vector;
#include <cstring>
#define Log(message) std::cout << "[INFO] " << message << std::endl
#define Error(message) std::cerr << "[ERROR] " << message << std::endl; exit(-1)
static void if_fail(VkResult result, const char* message);
class VulkanApp {
public:
VulkanApp() {
glfwInit(); // 初始化glfw库
glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API); // 禁用OpenGL相关的API
glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE); // 禁止调整窗口大小
createInstance();
createSurface();
selectPhysicalDevice();
createDevice();
}
~VulkanApp() {
vkDestroyDevice(mDevice, nullptr);
vkDestroySurfaceKHR(mInstance, mSurface, nullptr);
vkDestroyInstance(mInstance, nullptr);
glfwDestroyWindow(mWindow);
glfwTerminate();
}
void Run() {
while (!glfwWindowShouldClose(mWindow)) {
glfwPollEvents();
}
}
private:
const vector<const char*> mRequiredLayers = {
"VK_LAYER_KHRONOS_validation"
};
const vector<const char*> mRequiredExtensions = {
VK_KHR_SWAPCHAIN_EXTENSION_NAME, // 等价于字符串"VK_KHR_swapchain"
};
VkInstance mInstance; // 实例
VkPhysicalDevice mPhysicalDevice; // 物理设备
int mGraphicsQueueFamilyIndex = -1; // 支持图形功能的队列族索引
int mPresentQueueFamilyIndex = -1; // 支持显示功能的队列族索引
int mWidth = 800; // 窗口宽度
int mHeight = 600; // 窗口高度
GLFWwindow* mWindow = nullptr; // glfw窗口指针
VkSurfaceKHR mSurface;
VkDevice mDevice; // (逻辑)设备
VkQueue mGraphicsQueue; // 支持图形的队列
VkQueue mPresentQueue; // 支持显示的队列
void createInstance() {
/* 填充VkApplicationInfo结构体 */
VkApplicationInfo appInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
"I don't care", // .pApplicationName
VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0), // .applicationVersion
"I don't care", // .pEngineName
VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0), // .engineVersion
VK_API_VERSION_1_0, // .apiVersion
};
/* 获取glfw要求支持的扩展 */
uint32_t glfwExtensionCount = 0;
const char** glfwExtensions = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount);
/* 输出glfw所需的扩展 */
std::cout << "[INFO] glfw needs the following extensions:\n";
for (int i = 0; i < glfwExtensionCount; i++) {
std::cout << " " << glfwExtensions[i] << std::endl;
}
/* 填充VkInstanceCreateInfo结构体 */
VkInstanceCreateInfo instanceCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
&appInfo, // .pApplicationInfo
mRequiredLayers.size(), // .enabledLayerCount
mRequiredLayers.data(), // .ppEnabledLayerNames
glfwExtensionCount, // .enabledExtensioncount
glfwExtensions, // .ppEnabledExtensionNames
};
/* 如果创建实例失败,终止程序 */
if_fail(
vkCreateInstance(&instanceCreateInfo, nullptr, &mInstance),
"failed to create instance"
);
}
void createSurface() {
mWindow = glfwCreateWindow(mWidth, mHeight, "Vulkan App", nullptr, nullptr); // 创建glfw窗口
if (mWindow == nullptr) {
std::cerr << "failed to create window\n";
exit(-1);
}
/* 创建VkSurfaceKHR对象 */
if_fail(
glfwCreateWindowSurface(mInstance, mWindow, nullptr, &mSurface),
"failed to create surface"
);
}
void selectPhysicalDevice() {
/* 查找所有可选的物理设备 */
uint32_t physicalDeviceCount = 0;
vkEnumeratePhysicalDevices(mInstance, &physicalDeviceCount, nullptr);
vector<VkPhysicalDevice> physicalDevices(physicalDeviceCount);
vkEnumeratePhysicalDevices(mInstance, &physicalDeviceCount, physicalDevices.data());
mPhysicalDevice = VK_NULL_HANDLE;
for (VkPhysicalDevice physicalDevice : physicalDevices) {
/* 1. 检查物理设备是否支持扩展 */
/* 获取物理设备支持的扩展信息 */
uint32_t extensionCount = 0;
vkEnumerateDeviceExtensionProperties(physicalDevice, nullptr, &extensionCount, nullptr);
vector<VkExtensionProperties> availableExtensions(extensionCount);
vkEnumerateDeviceExtensionProperties(physicalDevice, nullptr, &extensionCount, availableExtensions.data());
bool isAllRequiredExtensionsSupported = true; // 检查此物理设备是否支持所有的扩展
for (const char* requiredExtensionName : mRequiredExtensions) {
bool isSupported = false;
for (const auto& availableExtension : availableExtensions) {
if (strcmp(requiredExtensionName, availableExtension.extensionName) == 0) {
isSupported = true;
break;
}
}
if (isSupported == false) {
isAllRequiredExtensionsSupported = false;
break;
}
}
if (isAllRequiredExtensionsSupported) {
Log("all required extensions are supported");
}
else {
continue;
}
/* 2. 检查物理设备是否支持几何着色器 */
VkPhysicalDeviceFeatures physicalDeviceFeatures;
vkGetPhysicalDeviceFeatures(physicalDevice, &physicalDeviceFeatures);
if (physicalDeviceFeatures.geometryShader) {
Log("geometry shader is supported");
}
else {
continue;
}
/* 获取队列族的信息 */
uint32_t queueFamilyCount = 0;
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(physicalDevice, &queueFamilyCount, nullptr);
vector<VkQueueFamilyProperties> queueFamilies(queueFamilyCount);
vkGetPhysicalDeviceQueueFamilyProperties(physicalDevice, &queueFamilyCount, queueFamilies.data());
for (int i = 0; i < queueFamilyCount; i++) {
/* 5.3. 检查是否支持图形功能 */
if (mGraphicsQueueFamilyIndex < 0 && (queueFamilies[i].queueFlags & VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT)) {
Log("find graphics queue family index " << i);
mGraphicsQueueFamilyIndex = i; // 保留队列族的索引
}
/* 5.4. 检查是否支持显示功能 */
if (mPresentQueueFamilyIndex < 0) {
VkBool32 isPresentSupport = false;
vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR(physicalDevice, i, mSurface, &isPresentSupport);
if (isPresentSupport) {
mPresentQueueFamilyIndex = i;
Log("find present queue family index " << i);
}
else {
Log("present is not supported");
}
}
}
if (mGraphicsQueueFamilyIndex >= 0 && mPresentQueueFamilyIndex >= 0) {
mPhysicalDevice = physicalDevice;
/* 获取物理设备的属性 */
VkPhysicalDeviceProperties physicalDeviceProperties;
vkGetPhysicalDeviceProperties(mPhysicalDevice, &physicalDeviceProperties);
Log("select physical device: " << physicalDeviceProperties.deviceName);
}
}
/* 如果没找到合适的物理设备 */
if (mPhysicalDevice == VK_NULL_HANDLE) {
Error("can't find suitable physical device");
}
}
void createDevice() {
/* 填充VkDeviceQueueCreateInfo结构体 */
vector<VkDeviceQueueCreateInfo> deviceQueueCreateInfos;
float queuePriority = 1.0f; // 必须指定优先级,如果pQueuePriorities设置为nullptr会报错
VkDeviceQueueCreateInfo deviceGraphicsQueueCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
mGraphicsQueueFamilyIndex, // .queueFamilyIndex
1, // .queueCount
&queuePriority, // .pQueuePriorities
};
deviceQueueCreateInfos.push_back(deviceGraphicsQueueCreateInfo);
if (mPresentQueueFamilyIndex != mGraphicsQueueFamilyIndex) {
VkDeviceQueueCreateInfo devicePresentQueueCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
mPresentQueueFamilyIndex, // .queueFamilyIndex
1, // .queueCount
&queuePriority, // .pQueuePriorities
};
deviceQueueCreateInfos.push_back(devicePresentQueueCreateInfo);
}
/* 填充VkDeviceCreateInfo结构体 */
VkDeviceCreateInfo deviceCreateInfo{
VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_CREATE_INFO, // .sType
nullptr, // .pNext
0, // .flags
deviceQueueCreateInfos.size(), // .queueCreateInfoCount
deviceQueueCreateInfos.data(), // .pQueueCreateInfos
mRequiredLayers.size(), // .enabledLayerCount
mRequiredLayers.data(), // .ppEnabledLayerNames
mRequiredExtensions.size(), // .enabledExtensionCount
mRequiredExtensions.data(), // .ppEnabledExtensionNames
nullptr, // .pEnabledFeatureks
};
if_fail(
vkCreateDevice(mPhysicalDevice, &deviceCreateInfo, nullptr, &mDevice),
"failed to create device!"
);
Log("create device successfully");
vkGetDeviceQueue(mDevice, mGraphicsQueueFamilyIndex, 0, &mGraphicsQueue);
vkGetDeviceQueue(mDevice, mPresentQueueFamilyIndex, 0, &mPresentQueue);
}
};
int main() {
VulkanApp app;
app.Run();
}
static void if_fail(VkResult result, const char* message) {
if (result != VK_SUCCESS) {
std::cerr << "[error] " << message << std::endl;
exit(-1);
}
}
目前的代码大约有三百行,这意味着我们已经搞定了一千行代码的1/3,总之,未来可期。
标签:VkDevice,const,04,队列,创建,VK,nullptr,苦旅,设备 From: https://www.cnblogs.com/overxus/p/vulkan04.html