window 显示驱动开发-准备 DMA 缓冲区

显示微型端口驱动程序必须及时准备 DMA 缓冲区。 当 GPU 处理 DMA 缓冲区时，通常调用显示微型端口驱动程序来准备下一个 DMA 缓冲区，以便提交到 GPU。 若要防止 GPU 耗尽，显示微型端口驱动程序在准备和提交后续 DMA 缓冲区时所花费的时间必须少于 GPU 处理当前 DMA 缓冲区所花费的时间。

DMA缓冲区高效准备规范
一、实时性保障架构

二、关键性能指标

指标	阈值要求	测量方法
准备延迟(P99)	<2ms	QPC计时
缓冲区切换间隔	≥3μs	GPU时间戳查询
上下文切换开销	<500μs	ETW事件追踪

三、环形缓冲区实现

3.1 数据结构设计

typedef struct _DMA_RING_BUFFER {
    volatile UINT Head;  // 硬件消费位置
    volatile UINT Tail;  // 驱动生产位置
    UINT Size;          // 必须是2的幂次
    PDMA_BUFFER_ENTRY Entries;
    ULONG CachedHead;   // 最后一次读取的Head
} DMA_RING_BUFFER;

3.2 无锁提交算法

BOOL SubmitDmaBuffer(PDMA_BUFFER pBuffer) {
    // 1. 原子获取当前Head
    UINT head = InterlockedCompareExchange(&Ring->Head, 0, 0);
    
    // 2. 计算可用空间
    UINT free = (Ring->Tail >= head) ? 
        (Ring->Size - (Ring->Tail - head)) : 
        (head - Ring->Tail - 1);
    
    if (free >= pBuffer->Size) {
        // 3. 拷贝命令数据
        memcpy(&Ring->Entries[Ring->Tail], pBuffer, pBuffer->Size);
        
        // 4. 更新Tail（内存屏障保证顺序）
        _WriteBarrier();
        InterlockedExchange(&Ring->Tail, 
            (Ring->Tail + pBuffer->Size) & (Ring->Size - 1));
        return TRUE;
    }
    return FALSE;
}

四、延迟优化技术

4.1 预编译命令模板

// 驱动初始化时构建
DMA_BUFFER Template = {
    .CmdHeader = {0xA5, 0x01},  // 标准包头
    .StateSetup = DEFAULT_3D_STATE
};

// 运行时快速填充
void BuildDrawBuffer(PDMA_BUFFER buf, UINT vcount) {
    *buf = Template;  // 结构体拷贝
    buf->VertexCount = vcount;
    buf->CRC = CalculateCRC(buf);
}

4.2 零拷贝提交路径

; x64优化版本
mov rax, [Ring.Tail]
lea rdi, [Ring.Entries + rax]
rep movsb  ; 直接拷贝用户命令
lock xadd [Ring.Tail], rcx  ; 原子更新

五、错误恢复机制

5.1 缓冲区耗尽处理

NTSTATUS HandleBufferUnderflow() {
    // 1. 插入NOP填充包
    DMA_BUFFER nop = { .Type = CMD_NOP };
    SubmitDmaBuffer(&nop);
    
    // 2. 触发紧急分配
    if (!AllocEmergencyBuffer()) {
        TriggerTDR();  // 超时检测恢复
        return STATUS_GRAPHICS_GPU_EXCEPTION;
    }
    return STATUS_SUCCESS;
}

六、性能分析工具

6.1 GPU时序分析

// 使用DXGKETW事件追踪
EventWriteDMA_BUFFER_SUBMIT(
    hContext,
    BufferId,
    QpcStart,
    QpcEnd);

6.2 WinDbg调试命令

!dma.ring 0x1  // 显示环形缓冲区状态
!gpu.timeout   // 分析DMA超时原因

七、多引擎协同

引擎类型	优先级	典型延迟预算
3D渲染	High	1.5ms
计算着色器	Medium	3ms
拷贝引擎	Low	5ms

实现验证清单：

• 所有路径满足WDDM 2.0延迟要求
• 环形缓冲区大小≥4倍最大DMA包
• 实现紧急NOP插入机制
• 通过WHQL DMA压力测试