利用D3DQUERY实现简单的GPU计时器


最近想给引擎加一个准确定位各渲染模块消耗的功能,因此翻阅资料,自己实现了一个简短的GPU时钟。在引擎中整合如下:

值得注意的是,使用硬件查询后,回读显卡中的值会导致CPU/GPU的等待,因而会损失一些时间。因此这个功能只能算作开发时的调试工具之用(真正产品不会有人关心GPU时间...)

我昨晚花了少量时间做了一个简单的实现,现在在这里贴出来,基本是全部代码,摘回去可直接使用~ 如有设计上的疏忽还请见谅!

改计时器使用十分方便,集成好之后,测量每个阶段的时间,只需补上3条代码,即可~

 

原理

D3D文档中提到了有这样一个硬件查询类型:D3DQUERYTYPE_TIMESTAMP

改硬件查询会在查询的地方,返回一个UINT64类型的当前的GPU TICK值,因此,可以使用这个来取得每个模块的开始和结束TICK,在每帧结束的时候GETDATA,计算出每一个阶段的耗时

此外,D3DQUERYTYPE_TIMESTAMPFREQ这个查询类型,可以返回时钟频率,这时我们便可以通过  (结束TICK - 开始TICK) / 时钟频率 来得出GPU中这一段的耗时了。

 

实现

因此,我们可以实现一个简单的GPUTIMER类:

class gkGpuTimer
{
public:
gkGpuTimer();
virtual ~gkGpuTimer() {}

float getTime() {return m_fElapsedTime;}

// init D3DQUERY
void init(IDirect3DDevice9* pDevice);
void destroy();

// mark the timestamp
void start();
void stop();

// get timestep when finish a frame
void update();

private:
IDirect3DQuery9* m_pEventStart;
IDirect3DQuery9* m_pEventStop;
IDirect3DQuery9* m_pEventFreq;

float m_fElapsedTime;
bool m_skip; // judge if should get data
};

很简单

一对init(),destroy(),在设备创建和丢失的时候对D3D对象进行重建和释放

一对start(),stop(),在需要测量的代码段两边放置,分别取得开始和结束的TIMESTAMP和FREQ

一个update(),在每帧结束的时候,从GPU取得测量值,计算之后存储于m_fElapsedTime中

m_skip用于判断是否应该从GPU取值,因为由于渲染流程的改变,有些计时器可能在一些情况下并不会测量。

下面看一下简单的实现

(注: gEnv->pCVManager->r_ProfileGpu == 1 是我引擎中的参数,为1时表示打开GPU计时

gkGpuTimer::gkGpuTimer()
{
m_pEventStart = NULL;
m_pEventStop = NULL;
m_pEventFreq = NULL;
m_fElapsedTime = 0.0f;
m_skip = true;
}

void gkGpuTimer::init(IDirect3DDevice9* pDevice)
{
// initialze the querys [2/2/2012 Kaiming]
pDevice->CreateQuery(D3DQUERYTYPE_TIMESTAMP, &m_pEventStart);
pDevice->CreateQuery(D3DQUERYTYPE_TIMESTAMP, &m_pEventStop);
pDevice->CreateQuery(D3DQUERYTYPE_TIMESTAMPFREQ, &m_pEventFreq);
}

void gkGpuTimer::destroy()
{
SAFE_RELEASE( m_pEventStart );
SAFE_RELEASE( m_pEventStop );
SAFE_RELEASE( m_pEventFreq );
}

void gkGpuTimer::start()
{
if( gEnv->pCVManager->r_ProfileGpu == 1 )
{
// get start time stamp and freq
if (m_pEventStart)
m_pEventStart->Issue(D3DISSUE_END);
if (m_pEventFreq)
m_pEventFreq->Issue(D3DISSUE_END);
}

m_skip = false;
}

void gkGpuTimer::stop()
{
if( gEnv->pCVManager->r_ProfileGpu == 1 )
{
// get end time stamp
if (m_pEventStop)
m_pEventStop->Issue(D3DISSUE_END);
}

m_skip = false;
}

void gkGpuTimer::update()
{
if( gEnv->pCVManager->r_ProfileGpu == 1 )
{
UINT64 startTime = 0;
UINT64 endTime = 0;
UINT64 freq = 1;

if (!m_skip)
{
// at the end of a frame, getdata from device
while(S_FALSE == m_pEventStart->GetData( (void *)&startTime, sizeof(UINT64), D3DGETDATA_FLUSH ))
;
while(S_FALSE == m_pEventStop->GetData( (void *)&endTime, sizeof(UINT64), D3DGETDATA_FLUSH ))
;
while(S_FALSE == m_pEventFreq->GetData( (void *)&freq, sizeof(UINT64), D3DGETDATA_FLUSH ))
;

// calculate the elapsedtime in microseconds
m_fElapsedTime = (float)(endTime - startTime) / (float)(freq) * 1000.0f;
}
else
{
m_fElapsedTime = 0.0f;
}
}
m_skip = true;
}

 

最后,就是集成到渲染流程中了,我实现了几个简单函数,在渲染流程的恰当阶段调用即可

(注:ms_GPUTimers为我渲染器的一个静态成员)

typedef std::map<std::wstring, gkGpuTimer> gkGpuTimerMap; 
// build gpu timers when init renderer
void gkRendererD3D9::buildGpuTimers()
{
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"GPUTime", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"ReflectGen", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"ShadowMapGen", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"Zpass", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"SSAO", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"ShadowMaskGen", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"Deferred Lighting", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"Ambient Pass", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"Lights", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"Opaque", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"Transparent", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"HDR", gkGpuTimer()) );
ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"PostProcess", gkGpuTimer()) );
}

// init gpu timers when device reset
void gkRendererD3D9::initGpuTimers(IDirect3DDevice9* pDevice)
{
gkGpuTimerMap::iterator it = ms_GPUTimers.begin();
for (; it != ms_GPUTimers.end(); ++it)
{
it->second.init(pDevice);
}
}

// release gpu timers when device lost
void gkRendererD3D9::destoryGpuTimers()
{
gkGpuTimerMap::iterator it = ms_GPUTimers.begin();
for (; it != ms_GPUTimers.end(); ++it)
{
it->second.destroy();
}
}

// getdata from gpu when a frame end
void gkRendererD3D9::updateGpuTimers()
{
if(gEnv->pCVManager->r_ProfileGpu == 1)
{
gkGpuTimerMap::iterator it = ms_GPUTimers.begin();
for (; it != ms_GPUTimers.end(); ++it)
{
it->second.update();
}
}
}

使用了map结构,因此在设置计时器的时候就特别方便了,比如:

gkRendererD3D9::ms_GPUTimers[L"SSAO"].start();
// ssao render process...
gkRendererD3D9::ms_GPUTimers[L"SSAO"].stop();

 

添加完毕后,在想要拿时间的地方,

gkRendererD3D9::ms_GPUTimers[L"SSAO"].getTime()

即可。

 

总结

自此,GPUTIMER全部完成,用了不到200行代码。

使用上,就是

ms_GPUTimers.insert( gkGpuTimerMap::value_type( L"测量名", gkGpuTimer()) );
gkRendererD3D9::ms_GPUTimers[L"测量名"].start();
gkRendererD3D9::ms_GPUTimers[L"测量名"].stop();

三条代码,当然如果加上一些宏技巧,可以更加工程化一些~

KISS

 



 

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