HLSL 中的資源系結

發行項
06/13/2023

本主題描述搭配 Direct3D 12 使用高階著色器語言 (HLSL) 著色器模型 5.1 的特定功能。所有 Direct3D 12 硬體都支援著色器模型 5.1，因此此模型的支援不取決於硬體功能層級。

資源類型和陣列

著色器模型 5 (SM5.0) 資源語法會 register 使用關鍵字，將資源的重要資訊轉寄至 HLSL 編譯器。例如，下列語句會宣告位於位置 t3、t4、t5 和 t6 之四個紋理的陣列。 t3 是唯一出現在語句中的暫存器位置，只是四個數組中的第一個位置。

Texture2D<float4> tex1[4] : register(t3)

著色器模型 5.1 (SM5.1) HLSL 中的資源語法是以現有的暫存器資源語法為基礎，以允許更容易移植。 HLSL 中的 Direct3D 12 資源會系結至邏輯暫存器空間內的虛擬暫存器：

t – 針對著色器資源檢視， (SRV)
s – 適用于取樣器
u – 針對未排序的存取檢視， (UAV)
b – 針對常數緩衝區檢視 (CBV)

參考著色器的根簽章必須與宣告的暫存器位置相容。例如，根簽章的下列部分會與使用紋理位置 t3 到 t6 相容，因為它描述位置 t0 到 t98 的描述項資料表。

DescriptorTable( CBV(b1), SRV(t0,numDescriptors=99), CBV(b2) )

資源宣告可能是純量、1D 陣列或多維度陣列：

Texture2D<float4> tex1 : register(t3,  space0)
Texture2D<float4> tex2[4] : register(t10)
Texture2D<float4> tex3[7][5][3] : register(t20, space1)

SM5.1 使用與 SM5.0 相同的資源類型和專案類型。 SM5.1 宣告限制更有彈性，而且只會受到執行時間/硬體限制的限制。 space關鍵字會指定宣告變數所系結的邏輯暫存器空間。 space如果省略關鍵字，則會隱含地將 0 的預設空間索引指派給範圍 (，讓 tex2 上述範圍位於 space0) 中。 register(t3, space0) 永遠不會與衝突 register(t3, space1) ，也不會與可能包含 t3 的另一個空間中的任何陣列衝突。

陣列資源可能會有未系結的大小，其宣告方式是指定要空白的第一個維度，或 0：

Texture2D<float4> tex1[] : register(t0)

相符的描述中繼資料表可以是：

DescriptorTable( CBV(b1), UAV(u0, numDescriptors = 4), SRV(t0, numDescriptors=unbounded) )

HLSL 中的未系結陣列會比對描述中繼資料表中設定 numDescriptors 的固定數位，而 HLSL 中的固定大小與描述中繼資料表中的未系結宣告相符。

允許多維度陣列，包括未系結的大小。這些多維度陣列會在暫存器空間中扁平化。

Texture2D<float4> tex2[3000][10] : register(t0, space0); // t0-t29999 in space0
Texture2D<float4> tex3[0][5][3] : register(t5, space1)

不允許資源範圍的別名。換句話說，對於每個資源類型 (t、s、u、b) ，宣告的暫存器範圍不得重迭。這包括未系結的範圍。在不同暫存器空間中宣告的範圍永遠不會重迭。請注意，上述未系結 () 位於 space0 ，而未系 tex2 結 tex3 位於 space1 中，因此不會重迭。

存取已宣告為數組的資源，就像編制索引一樣簡單。

Texture2D<float4> tex1[400] : register(t3);
sampler samp[7] : register(s0);
tex1[myMaterialID].Sample(samp[samplerID], texCoords);

在上述) 程式碼中 myMaterialIDsamplerID ， (和上述程式碼中，有一個重要的預設限制，因為不允許在波內改變索引。甚至根據實例變更索引會計算為不同。

如果需要改變索引，請在索引上指定 NonUniformResourceIndex 限定詞，例如：

tex1[NonUniformResourceIndex(myMaterialID)].Sample(samp[NonUniformResourceIndex(samplerID)], texCoords);

在某些硬體上，使用此限定詞會產生額外的程式碼，以強制執行正確性 (包括跨執行緒) ，但效能成本很小。如果沒有這個限定詞而變更索引，而且在繪製/分派內，結果就會未定義。

描述元陣列和紋理陣列

自 DirectX 10 起，已有紋理陣列可供使用。紋理陣列需要一個描述元，不過所有陣列配量都必須共用相同的格式、寬度、高度和 Mip 計數。此外，陣列必須佔用虛擬位址空間中的連續範圍。下列程式碼顯示從著色器存取紋理陣列的範例。

Texture2DArray<float4> myTex2DArray : register(t0); // t0
float3 myCoord(1.0f,1.4f,2.2f); // 2.2f is array index (rounded to int)
color = myTex2DArray.Sample(mySampler, myCoord);

在紋理陣列中，索引可以自由變化，而不需要限定詞，例如 NonUniformResourceIndex 。

對等描述元陣列會是：

Texture2D<float4> myArrayOfTex2D[] : register(t0); // t0+
float2 myCoord(1.0f, 1.4f);
color = myArrayOfTex2D[2].Sample(mySampler,myCoord); // 2 is index

請注意，陣列索引的浮點數使用會取代為 myArrayOfTex2D[2] 。此外，描述元陣列也提供維度的更多彈性。此類型 Texture2D 是這個範例，無法有所不同，但格式、寬度、高度和 mip 計數可能會隨著每個描述元而有所不同。

具有紋理陣列的描述元陣列是合法的：

Texture2DArray<float4> myArrayOfTex2DArrays[2] : register(t0);

不合法地宣告結構陣列，每個包含描述元的結構，例如，不支援下列程式碼。

struct myStruct {
    Texture2D                    a; 
    Texture2D                    b;
    ConstantBuffer<myConstants>  c;
};
myStruct foo[10000] : register(....);

這允許記憶體配置 abcabcabc....，但是語言限制，不支援。執行此動作的其中一個支援方法如下，但此案例中的記憶體配置是 aaa...Bbb。。。ccc....

Texture2D                     a[10000] : register(t0);
Texture2D                     b[10000] : register(t10000);
ConstantBuffer<myConstants>   c[10000] : register(b0);

若要達到 abcabcabc.... 記憶體配置，請使用描述中繼資料表而不使用 myStruct 結構。

資源別名

HLSL 著色器中指定的資源範圍是邏輯範圍。它們會透過根簽章機制系結至執行時間的具體堆積範圍。一般而言，邏輯範圍會對應至不會與其他堆積範圍重迭的堆積範圍。不過，根簽章機制可讓您將別名 (重迭) 相容類型的堆積範圍。例如， tex2 上述範例中的和 tex3 範圍可能會對應至相同的 (或重迭) 堆積範圍，這會影響 HLSL 程式中的別名紋理效果。如果需要這類別名，則必須使用 D3D10_SHADER_RESOURCES_MAY_ALIAS 選項來編譯著色器，這是使用Effect-Compiler Tool (FXC) 的/res_may_alias選項來設定。此選項可讓編譯器產生正確的程式碼，方法是防止資源可能別名的特定負載/存放區優化。

發散和衍生

SM5.1 不會對資源索引施加限制;亦即， tex2[idx].Sample(…) 索引 idx 可以是常值常數、cbuffer 常數或插補值。雖然程式設計模型提供這種絕佳的彈性，但有一些問題需要注意：

如果索引在四邊形之間發散，則可能未定義硬體計算衍生和衍生數量，例如 LOD。 HLSL 編譯器會盡最大努力在此案例中發出警告，但不會防止著色器編譯。此行為類似于在除數控制流程中計算衍生專案。
如果資源索引不同，相較于統一索引的情況，效能會降低，因為硬體需要對數個資源執行作業。資源索引可能不同，必須在 HLSL 程式碼中以函 NonUniformResourceIndex 式標示。否則，結果為未定義。

圖元著色器中的 UAV

SM5.1 不會對圖元著色器中的 UAV 範圍施加條件約束，就像 SM5.0 的情況一樣。

常數緩衝區

SM5.1 常數緩衝區 (cbuffer) 語法已從 SM5.0 變更為開發人員編制常數緩衝區的索引。若要啟用可編制索引的常數緩衝區，SM5.1 引進 ConstantBuffer 了「template」建構：

struct Foo
{
    float4 a;
    int2 b;
};
ConstantBuffer<Foo> myCB1[2][3] : register(b2, space1);
ConstantBuffer<Foo> myCB2 : register(b0, space1);

上述程式碼會宣告類型的 Foo 常數緩衝區變數 myCB1 和大小 6，以及純量常數緩衝區變數 myCB2 。常數緩衝區變數現在可以在著色器中編制索引，如下所示：

myCB1[i][j].a.xyzw
myCB2.b.yy

欄位 'a' 和 'b' 不會變成全域變數，而是必須視為欄位。為了回溯相容性，SM5.1 支援純量 cbuffer 的舊 cbuffer 概念。下列語句會將 'a' 和 'b' 全域唯讀變數設為 SM5.0。不過，這類舊樣式 cbuffer 無法編制索引。

cbuffer : register(b1)
{
    float4 a;
    int2 b;
};

著色器編譯器目前僅支援 ConstantBuffer 使用者定義結構的範本。

基於相容性考慮，HLSL 編譯器可能會針對中 space0 宣告的範圍自動指派資源暫存器。如果在 register 子句中省略 'space'，則會使用預設值 space0 。編譯器會使用符合第一個孔的啟發學習法來指派暫存器。您可以透過反映 API 擷取指派，此 API 已擴充以新增空間的空間欄位，而 BindPoint 欄位則表示資源暫存器範圍的下限。

SM5.1 中的位元組程式碼變更

SM5.1 會變更如何在指示中宣告和參考資源暫存器。語法牽涉到宣告暫存器「variable」，類似于群組共用記憶體暫存器完成的方式：

Texture2D<float4> tex0          : register(t5,  space0);
Texture2D<float4> tex1[][5][3]  : register(t10, space0);
Texture2D<float4> tex2[8]       : register(t0,  space1);
SamplerState samp0              : register(s5, space0);

float4 main(float4 coord : COORD) : SV_TARGET
{
    float4 r = coord;
    r += tex0.Sample(samp0, r.xy);
    r += tex2[r.x].Sample(samp0, r.xy);
    r += tex1[r.x][r.y][r.z].Sample(samp0, r.xy);
    return r;
}

這會反組譯為：

// Resource Bindings:
//
// Name                                 Type  Format         Dim    ID   HLSL Bind     Count
// ------------------------------ ---------- ------- ----------- -----   --------- ---------
// samp0                             sampler      NA          NA     S0    a5            1
// tex0                              texture  float4          2d     T0    t5            1
// tex1[0][5][3]                     texture  float4          2d     T1   t10        unbounded
// tex2[8]                           texture  float4          2d     T2    t0.space1     8
//
//
//
// Input signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// COORD                    0   xyzw        0     NONE   float   xyzw
//
//
// Output signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// SV_TARGET                0   xyzw        0   TARGET   float   xyzw
//
ps_5_1
dcl_globalFlags refactoringAllowed
dcl_sampler s0[5:5], mode_default, space=0
dcl_resource_texture2d (float,float,float,float) t0[5:5], space=0
dcl_resource_texture2d (float,float,float,float) t1[10:*], space=0
dcl_resource_texture2d (float,float,float,float) t2[0:7], space=1
dcl_input_ps linear v0.xyzw
dcl_output o0.xyzw
dcl_temps 2
sample r0.xyzw, v0.xyxx, t0[0].xyzw, s0[5]
add r0.xyzw, r0.xyzw, v0.xyzw
ftou r1.x, r0.x
sample r1.xyzw, r0.xyxx, t2[r1.x + 0].xyzw, s0[5]
add r0.xyzw, r0.xyzw, r1.xyzw
ftou r1.xyz, r0.zyxz
imul null, r1.yz, r1.zzyz, l(0, 15, 3, 0)
iadd r1.y, r1.z, r1.y
iadd r1.x, r1.x, r1.y
sample r1.xyzw, r0.xyxx, t1[r1.x + 10].xyzw, s0[5]
add o0.xyzw, r0.xyzw, r1.xyzw
ret
// Approximately 12 instruction slots are used.

每個著色器資源範圍現在都有識別碼 (著色器位元組程式碼唯一的名稱) 。例如，tex1 (t10) 紋理陣列會在著色器位元組程式碼中變成 'T1'。為每個資源範圍提供唯一識別碼，允許兩件事：

明確識別 (在指示中編制索引dcl_resource_texture2d) 的資源範圍， (請參閱範例指令) 。
將一組屬性附加至宣告，例如元素類型、步進大小、點陣作業模式等等。

請注意，範圍的識別碼與 HLSL 下限宣告無關。

反映資源系結的順序 (列在頂端) 和著色器宣告指令 (dcl_*) 相同，有助於識別 HLSL 變數與位元組程式碼識別碼之間的對應。

SM5.1 中的每個宣告指令都會使用 3D 運算元來定義：範圍識別碼、下限和上限。發出額外的權杖以指定暫存器空間。您也可以發出其他權杖來傳達範圍的其他屬性，例如 cbuffer 或結構化緩衝區宣告指令會發出 cbuffer 或結構的大小。您可以在 d3d12TokenizedProgramFormat.h 和 D3D10ShaderBinary：：CShaderCodeParser中找到編碼的確切詳細資料。

SM5.1 指令不會 (發出其他資源運算元資訊，如 SM5.0) 所示。這項資訊現在位於宣告指示中。在 SM5.0 中，指示編制資源索引所需的資源屬性，以在擴充的 opcode 權杖中描述，因為索引編制混淆宣告的關聯。在 SM5.1 中，每個識別碼 (例如 't1') 明確關聯至描述必要資源資訊的單一宣告。因此，不再發出用於描述資源資訊的指示上的擴充 Opcode 權杖。

在非宣告指令中，取樣器、SRV 和 UAV 的資源運算元是 2D 運算元。第一個索引是指定範圍識別碼的常值常數。第二個索引代表索引的線性值。此值會相對於對應暫存器空間的開頭計算， (與邏輯範圍的開頭不相關) ，以便與根簽章相互關聯，並減少調整索引的驅動程式編譯器負擔。

CBV 的資源運算元是 3D 運算元，包含：範圍的常值識別碼、常數緩衝區的索引、位移到常數緩衝區的特定實例。

範例 HLSL 宣告

HLSL 程式不需要知道根簽章的任何專案。他們可以將系結指派給虛擬「暫存器」系結空間、T# for SRV、u# for UAV、b# for CBV、s# 代表取樣器，或依賴編譯器挑選指派 (，並在之後使用著色器反映查詢產生的對應) 。根簽章會將描述中繼資料表、根描述元和根常數對應至此虛擬暫存器空間。

以下是 HLSL 著色器可能具有的一些範例宣告。請注意，根簽章或描述中繼資料表沒有參考。

Texture2D foo[5] : register(t2);
Buffer bar : register(t7);
RWBuffer dataLog : register(u1);

Sampler samp : register(s0);

struct Data
{
    UINT index;
    float4 color;
};
ConstantBuffer<Data> myData : register(b0);

Texture2D terrain[] : register(t8); // Unbounded array
Texture2D misc[] : register(t0,space1); // Another unbounded array 
                                        // space1 avoids overlap with above t#

struct MoreData
{
    float4x4 xform;
};
ConstantBuffer<MoreData> myMoreData : register(b1);

struct Stuff
{
    float2 factor;
    UINT drawID;
};
ConstantBuffer<Stuff> myStuff[][3][8]  : register(b2, space3)

共用方式為

HLSL 中的資源系結

資源類型和陣列

描述元陣列和紋理陣列

資源別名

發散和衍生

圖元著色器中的 UAV

常數緩衝區

SM5.1 中的位元組程式碼變更

範例 HLSL 宣告

意見反應

其他資源

共用方式為

HLSL 中的資源系結

資源類型和陣列

描述元陣列和紋理陣列

資源別名

發散和衍生

圖元著色器中的 UAV

常數緩衝區

SM5.1 中的位元組程式碼變更

範例 HLSL 宣告

相關主題

意見反應

其他資源