window显示驱动开发—多平面覆盖支持

MPO 支持允许图形硬件将多层内容组合到一个图像中，然后它可以在屏幕上显示。它本质上是一种硬件加速的方法，用于组合不同的内容平面，而无需涉及 CPU 或使用其他系统资源来执行软件的混合。界面可以是视频、桌面、应用程序窗口等。然后，硬件可以将这些平面合并成发送到显示器的单个图像。

1. MPO 核心架构

1.1 MPO 与传统合成的对比

特性	传统合成	MPO
混合方式	软件混合 (DWM)	硬件加速混合
延迟	较高 (1-3帧)	极低 (亚毫秒级)
功耗	CPU/GPU 负载高	专用硬件单元，能效比优异
最大平面数	无硬件限制	取决于显示控制器能力 (通常2-8层)

1.2 Windows 图形栈中的 MPO 位置

2. 驱动层实现要点

2.1 必须支持的 DDI 接口

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// 查询 MPO 能力
HRESULT QueryDdiMpoSupport(
    D3DKMT_QUERYADAPTERINFO* pInfo
);

// 创建/管理平面
NTSTATUS CreateMpoPlane(
    D3DKMT_CREATEMPOPLANE* pCreate
);

// 更新平面属性
NTSTATUS UpdateMpoPlane(
    D3DKMT_UPDATEMPOPLANE* pUpdate
);

2.2 平面资源要求

格式支持：必须至少支持 DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM 和 DXGI_FORMAT_NV12
内存对齐：通常需要 64 字节或 128 字节对齐
色彩空间：需支持 DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_G22_NONE_P709

3. 关键数据结构

3.1 平面属性描述

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typedef struct _D3DKMP_MPO_PLANE_ATTRIBUTES {
    DXGI_FORMAT Format;
    DXGI_COLOR_SPACE_TYPE ColorSpace;
    RECT SrcRect; 
    RECT DstRect;
    FLOAT Alpha; // 0.0(透明) ~ 1.0(不透明)
    D3DKMP_MPO_FLAGS Flags;
} D3DKMP_MPO_PLANE_ATTRIBUTES;

3.2 硬件能力报告

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typedef struct _D3DKMT_MPO_CAPS {
    UINT MaxPlanes;          // 最大支持平面数
    BOOL SupportsRotation;   // 是否支持硬件旋转
    BOOL SupportsAlphaBlend; // 是否支持每平面Alpha混合
} D3DKMT_MPO_CAPS;

4. 典型工作流程

4.1 初始化阶段

4.2 运行时更新

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void UpdateVideoPlane(HANDLE hPlane, RECT newRect) {
    D3DKMT_UPDATEMPOPLANE update = {0};
    update.hPlane = hPlane;
    update.Attributes.DstRect = newRect;
    
    D3DKMTUpdateMpoPlane(&update);
}

5. 性能优化策略

5.1 平面重用机制

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// 维护平面池避免频繁创建/销毁
class MpoPlanePool {
    std::vector<HANDLE> m_planes;
public:
    HANDLE AcquirePlane(DXGI_FORMAT fmt);
    void ReleasePlane(HANDLE hPlane);
};

5.2 硬件特性利用

硬件厂商	专用技术	优化方向
NVIDIA	Overlay Plane	视频播放功耗降低40%
Intel	Plane Rotation	减少内存带宽消耗
AMD	FreeSync Premium	动态刷新率+低延迟

6. 错误处理规范

6.1 状态码映射表

NTSTATUS 码	含义
STATUS_MPO_TOO_MANY_PLANES	超出最大平面数限制
STATUS_MPO_UNSUPPORTED_FORMAT	不支持的像素格式
STATUS_MPO_PLANE_IN_USE	尝试修改正在显示的平面

6.2 恢复机制

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void HandleMpoFailure(NTSTATUS status) {
    if (status == STATUS_MPO_TOO_MANY_PLANES) {
        // 回退到软件合成
        FallbackToDwmComposition();
    }
    LogError(status); // 记录到事件日志
}

7. WHQL 认证要求

7.1 必须通过的测试项

Device.Graphics.WDDM.MPO.BasicFunctionality

平面创建/销毁
属性更新验证

Device.Graphics.WDDM.MPO.ColorSpace

RGB/YUV 色彩空间转换

Device.Graphics.WDDM.MPO.Power

混合操作时的功耗监测

7.2 认证检查清单

实现所有必需的 DDI 接口
支持至少 2 个同时活动的平面
通过 D3D11On12 兼容性测试

8. 调试与分析工具

8.1 专用工具链

8.2 调试技巧

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# 强制禁用MPO进行问题隔离
reg add "HKLM\SOFTWARE\Microsoft\Windows\DWM" /v "DisableMPO" /t REG_DWORD /d 1 /f

9. 未来演进方向

与 DirectDisplay 集成：绕过传统显示栈实现亚毫秒延迟
AI 增强混合：使用 NPU 实现智能内容感知合成
跨设备平面共享：支持多 GPU 协同混合