08章 向量内存操作 - “Vega“ 7nm Instruction Set ArchitectureReference Guide

Eloudy2025-12-13 10:41

向量内存（VMEM）指令将每个工作项的数据分别读取或写入VGPR中。这与标量内存指令形成对比，标量内存指令移动的是波前中所有线程共享的单个数据块。所有向量内存（VM）操作都由纹理缓存系统（一级和二级缓存）处理。

软件通过以下三种类型的VMEM指令之一，通过纹理缓存启动加载、存储或原子操作：

  • MTBUF：内存类型化缓冲区操作

  • MUBUF：内存非类型化缓冲区操作

  • MIMG：内存图像操作

指令定义了哪些VGPR为操作提供地址，哪些VGPR从操作接收或提供数据，以及一系列包含内存缓冲区描述符（V#或T#）的SGPR。此外，MIMG操作从四个SGPR系列提供纹理采样器；该采样器定义了对从图像读取的数据执行的纹素过滤操作。

8.1 向量内存缓冲区指令

向量内存（VM）操作通过纹理缓存（TC）在VGPR和内存中的缓冲区对象之间传输数据。"向量"意味着为波前中的每个线程唯一传输一个或多个数据块，这与标量内存读取形成对比，标量内存读取仅传输波前中所有线程共享的一个值。

缓冲区读取可以选择将数据返回到VGPR或直接返回到LDS。

缓冲区对象的示例包括顶点缓冲区、原始缓冲区、流输出缓冲区和结构化缓冲区。

缓冲区对象支持同质和异质数据，但不支持读取数据的过滤（无采样器）。缓冲区指令分为两组：

  • MUBUF：非类型化缓冲区对象

    • 数据格式在资源常量中指定

    • 加载、存储、原子操作，带或不带数据格式转换

  • MTBUF：类型化缓冲区对象

    • 数据格式在指令中指定

    • 唯一操作是加载和存储，两者都带数据格式转换

原子操作从VGPR获取数据，并与内存中已有的数据进行算术组合。可选地，操作发生前内存中的值可以返回到着色器。

所有VM操作都使用缓冲区资源常量（V#），它是SGPR中的128位值。执行指令时，此常量被发送到纹理缓存。此常量定义了内存中缓冲区的地址和特性。通常，这些常量在执行VM指令之前使用标量内存读取从内存获取，但这些常量也可以在着色器内生成。

8.1.1 简化缓冲区寻址

下面的方程显示了硬件如何计算缓冲区访问的内存地址。

8.1.2 缓冲区指令

缓冲区指令（MTBUF和MUBUF）允许着色器程序读取和写入内存中的线性缓冲区。这些操作可以对小至一个字节，大到每个工作项四个双字的数据进行操作。提供了原子算术操作，可以对内存中的数据值进行操作，并可选择返回执行算术操作前内存中的值。

D16指令变体将结果转换为打包的16位值。例如，BUFFER_LOAD_FORMAT_D16_XYZW 将写入两个VGPR。

表25. 缓冲区指令

指令 描述
MTBUF指令
TBUFFER_LOAD_FORMAT_{x,xy,xyz,xyzw} TBUFFER_STORE_FORMAT_{x,xy,xyz,xyzw} 从类型化缓冲区对象读取或写入。也用于顶点获取。
MUBUF指令
BUFFER_LOAD_FORMAT_{x,xy,xyz,xyzw} BUFFER_STORE_FORMAT_{x,xy,xyz,xyzw} BUFFER_LOAD_<size> BUFFER_STORE_<size> <size> = byte, ubyte, short, ushort, Dword, Dwordx2, Dwordx3, Dwordx4 BUFFER_ATOMIC_<op> BUFFER_ATOMIC_<op>_x2 从非类型化缓冲区对象读取或写入。

表26. 微码格式

字段 位大小 描述
OP 4/7 MTBUF：类型化缓冲区指令的操作码。 MUBUF：非类型化缓冲区指令的操作码。
VADDR 8 提供地址第一个组件的VGPR地址（偏移量或索引）。当同时使用索引和偏移量时，索引在第一个VGPR中，偏移量在第二个VGPR中。
VDATA 8 提供写入数据第一个组件或接收读取数据第一个组件的VGPR地址。
SOFFSET 8 提供无符号字节偏移量的SGPR。必须是SGPR、M0或内联常量。
SRSRC 5 指定哪个SGPR在四个或八个连续SGPR中提供T#（资源常量）。此字段缺少SGPR地址的最低两位，因为该地址必须对齐到四个SGPR的倍数。
DFMT 4 内存缓冲区中数据的格式：0无效，1 8，2 16，3 8_8，4 32，5 16_16，6 10_11_11，7 11_11_10，8 10_10_10_2，9 2_10_10_10，10 8_8_8_8，11 32_32，12 16_16_16_16，13 32_32_32，14 32_32_32_32，15保留
NFMT 3 内存中数据的数值格式：0 unorm，1 snorm，2 uscaled，3 sscaled，4 uint，5 sint，6保留，7 float
OFFSET 12 无符号字节偏移量。
OFFEN 1 1 = 从VGPR（VADDR）提供偏移量。0 = 不提供（偏移量=0）。
IDXEN 1 1 = 从VGPR（VADDR）提供索引。0 = 不提供（索引=0）。
GLC 1 全局一致性。控制L1纹理缓存如何处理读取和写入。 读取 ：GLC=0：读取可以命中L1并在波前之间保持。 GLC=1：读取错过L1并强制获取到L2。波之间没有L1持久性。 写入 ：GLC=0：写入错过L1，写入到L2，并在波前之间在L1中保持。 GLC=1：写入错过L1，写入到L2。波前之间没有持久性。 原子操作 ：GLC=0：不返回先前数据值。波前之间没有L1持久性。 GLC=1：返回先前数据值。波前之间没有L1持久性。 注意：对于原子操作，GLC表示"返回操作前值"。
SLC 1 系统级一致性。设置时，访问强制在二级纹理缓存中错过，并与系统内存一致。
TFE 1 PRT（部分驻留纹理）的纹素失败启用。设置为1时，获取可以返回NACK，导致VGPR写入到DST+1（所有获取目标GPR之后的第一个GPR）。
LDS 1 仅限MUBUF：0 = 将读取数据返回到VGPR。1 = 将读取数据返回到LDS而不是VGPR。

8.1.3 VGPR使用

VGPR提供地址和写入数据；此外，它们可以是返回数据的目标（另一个选项是LDS）。

地址

根据指令字中的偏移启用（OFFEN）和索引启用（IDXEN），使用零个、一个或两个VGPR，如下表所示：

表27. 地址VGPR

IDXEN OFFEN VGPRn VGPRn+1
0 0 无
0 1 uint偏移量
1 0 uint索引
1 1 uint索引 uint偏移量

写入数据：从VDATA开始的N个连续VGPR。指令字中指定的数据格式（MTBUF的NFMT、DFMT，或MUBUF操作码字段中编码的）决定了要写入多少双字。

读取数据：与写入相同。数据返回到连续的GPR。

读取数据格式：读取数据为32位，基于指令或资源中的数据格式。浮点或规范化数据作为浮点数返回；整数格式作为整数返回（有符号或无符号，与内存存储格式类型相同）。内存中32或64位数据的读取不进行任何格式转换。

带返回的原子操作：数据从VDATA开始的VGPR中读取，提供给原子操作。如果原子操作返回值到VGPR，则该数据返回到从VDATA开始的相同VGPR。

8.1.4 缓冲区数据

读取或写入的数据量和类型由以下控制：数据格式（dfmt）、数值格式（nfmt）、目标组件选择（dst_sel）和操作码。Dfmt和nfmt可以来自资源、指令字段或操作码本身。Dst_sel来自资源，但对于许多操作被忽略。

表28. 缓冲区指令

指令 数据格式 数值格式 DST_SEL
TBUFFER_LOAD_FORMAT_* 指令 指令 identity
TBUFFER_STORE_FORMAT_* 指令 指令 identity
BUFFER_LOAD_<type> 派生 派生 identity
BUFFER_STORE_<type> 派生 派生 identity
BUFFER_LOAD_FORMAT_* 资源 资源 资源
BUFFER_STORE_FORMAT_* 资源 资源 资源
BUFFER_ATOMIC_* 派生 派生 identity

指令 ：使用指令的dfmt和nfmt字段而不是资源的字段。
数据格式派生 ：数据格式从操作码派生，忽略资源定义。例如，buffer_load_ubyte 将数据格式设置为8，数值格式设置为uint。

资源的数据格式不能为INVALID ；该格式具有特定含义（未绑定资源），对于这种情况，数据格式不会被指令的隐含数据格式替换。
DST_SEL identity：根据数据格式中的组件数量，这是：X000、XY00、XYZ0或XYZW。

MTBUF从指令派生数据格式。MUBUF BUFFER_LOAD_FORMAT 和 BUFFER_STORE_FORMAT 指令使用资源中的dst_sel；其他MUBUF指令从指令本身派生数据格式。

D16指令：加载格式和存储格式指令也有"d16"变体。对于存储，每个32位VGPR保存两个16位数据元素，传递给纹理单元。纹理单元在写入内存之前将它们转换为纹理格式。对于加载，从纹理单元返回的数据转换为16位，一对数据存储在每个32位VGPR中（先LSB，然后MSB）。int与float的控制由NFMT控制。

8.1.5 缓冲区寻址

缓冲区是内存中的数据结构，使用索引和偏移量进行寻址。索引指向大小为stride字节的特定记录，偏移量是记录内的字节偏移量。stride来自资源，索引来自VGPR（或零），偏移量来自SGPR或VGPR以及指令本身。

表29. 用于寻址的BUFFER指令字段

字段 大小 描述
inst_offset 12 指令的字面字节偏移量。
inst_idxen 1 布尔值：为true时从VGPR获取索引，为false时无索引。
inst_offen 1 布尔值：为true时从VGPR获取偏移量，为false时无偏移量。注意，无论此位如何，inst_offset都存在。

缓冲区指令的"元素大小"是指令传输的数据量。对于MTBUF指令，由DFMT字段确定；对于MUBUF指令，从操作码确定。可以是1、2、4、8或16字节。

表30. 用于寻址的V#缓冲区资源常量字段

字段 大小 描述
const_base 48 缓冲区资源的基地址（字节）。
const_stride 14或18 记录的跨度（字节）（0到16,383字节，或0到262,143字节）。通常为14位，但当以下情况时扩展到18位：const_add_tid_enable = true与非格式类型（或缓存无效/WB）的MUBUF指令一起使用。此扩展旨在用于暂存（私有）缓冲区。 如果(const_add_tid_enable && MUBUF-non-format instr.)，则 const_stride[17:0] = { V#.DFMT[3:0], V#.const_stride[13:0] } const_stride为14位：{4'b0, V#.const_stride[13:0]}
const_num_records 32 缓冲区中的记录数。 对于原始缓冲区，单位为字节；对于结构化缓冲区，单位为跨度；对于私有（暂存）缓冲区，忽略。 单位为：(inst_idxen == 1) ? 字节 : 跨度
const_add_tid_enable 1 布尔值。为true时，将波前内的thread_ID添加到索引中。
const_swizzle_enable 1 布尔值。为true时，表示表面被重排。
const_element_size 2 仅当const_swizzle_en = true时使用。给定索引的记录的连续字节数（2、4、8或16字节）。必须>=结构中的最大元素大小。const_stride必须是const_element_size的整数倍。
const_index_stride 2 仅当const_swizzle_en = true时使用。在切换到下一个元素之前，单个元素（大小为const_element_size）的连续索引数。有8、16、32或64个索引。

表31. 来自GPR的地址组件

字段 大小 描述
SGPR_offset 32 地址的无符号字节偏移量。来自SGPR或M0。
VGPR_offset 32 可选的每线程无符号字节偏移量。来自VGPR。
VGPR_index 32 可选的每线程索引值。来自VGPR。

最终的缓冲区内存地址由三部分组成：

  1. 来自缓冲区资源（V#）的基地址

  2. 来自SGPR的偏移量

  3. 根据缓冲区是线性寻址（简单的结构数组计算）还是重排，以不同方式计算的缓冲区偏移量

图4. 线性缓冲区的地址计算

范围检查

可以检查地址是否在范围内。当地址超出范围时，读取将返回零，写入和原子操作将被丢弃。地址范围检查算法取决于缓冲区类型。

私有（暂存）缓冲区

使用条件：AddTID==1 && IdxEn==0

对于此缓冲区，没有范围检查。

原始缓冲区

使用条件：AddTID==0 && SWizzleEn==0 && IdxEn==0

超出范围条件：(InstOffset + (OffEN ? vgpr_offset : 0)) >= NumRecords

结构化缓冲区

使用条件：AddTID==0 && Stride!=0 && IdxEn==1

超出范围条件：Index(vgpr) >= NumRecords

注意：

  1. 超出范围的读取返回零（V#.dst_sel = SEL_1的组件返回1除外）

  2. 超出范围的写入不写入任何内容

  3. 加载/存储格式*指令和原子操作进行"全有或全无"范围检查-要么完全在范围内，要么完全在范围外

  4. 加载/存储双字-x{2,3,4}按组件进行范围检查

重排缓冲区寻址

重排寻址重新排列缓冲区中的数据，可以帮助提高结构数组的缓存局部性。重排寻址还需要双字对齐的访问。单个获取指令不能尝试获取大于const-element-size的单位。缓冲区的STRIDE必须是element_size的倍数。

重排缓冲区地址计算：

cpp 复制代码 
Index = (inst_idxen ? vgpr_index : 0) +
       (const_add_tid_enable ? thread_id[5:0] : 0)
Offset = (inst_offen ? vgpr_offset : 0) + inst_offset
index_msb = index / const_index_stride
index_lsb = index % const_index_stride
offset_msb = offset / const_element_size
offset_lsb = offset % const_element_size
buffer_offset = (index_msb * const_stride + offset_msb *
                 const_element_size) * const_index_stride + index_lsb *
                 const_element_size + offset_lsb
Final Address = const_base + sgpr_offset + buffer_offset

请记住，"sgpr_offset"不是上述方程中"offset"项的一部分。

图5. 缓冲区重排示例

重排寻址的拟议用例

以下是重排寻址在常见图形缓冲区中的一些拟议用途。

表32. 重排缓冲区用例

DX11原始UAV OpenCL缓冲区对象 Dx11结构化（字面偏移） Dx11结构化（GPR偏移） 暂存 环/流输出 常量缓冲区
inst_vgpr_offset_en T F T T T T
inst_vgpr_index_en F T T F F F
const_stride na <api> <api> scratchSize na na
const_add_tid_enable F F F T T F
const_buffer_swizzle F T T T F F
const_elem_size na 4 4 4或16 na 4
const_index_stride na 16 16 64

8.1.6 16位内存操作

D16缓冲区指令允许内核在每个工作项的VGPR和内存之间仅加载或存储16位数据。这些指令有两个变体：

  • D16：将数据加载到VGPR的低16位或从VGPR的低16位存储数据

  • D16_HI：将数据加载到VGPR的高16位或从VGPR的高16位存储数据

例如，BUFFER_LOAD_UBYTE_D16 从内存为每个工作项读取一个字节，将其转换为16位整数，然后将其加载到数据VGPR的低16位中。

8.1.7 对齐

对于双字或更大尺寸的读写操作，字节地址的最低两位（LSB）被忽略，从而强制进行双字对齐。

8.1.8 缓冲区资源

缓冲区资源描述了缓冲区在内存中的位置以及缓冲区中数据的格式。它在四个连续的SGPR（四个对齐的SGPR）中指定，并在每个缓冲区指令执行时发送到纹理缓存。

下表详细说明了构成缓冲区资源描述符的字段：

表33. 缓冲区资源描述符

位范围 大小 名称 描述
47:0 48 基地址 字节地址
61:48 14 跨度 字节0到16383
62 1 缓存重排 缓冲区访问。可选地，重排纹理缓存TC L1缓存bank
63 1 重排启用 根据跨度、索引跨度和元素大小重排AOS，否则为线性（跨度 × 索引 + 偏移量）
95:64 32 记录数 以跨度或字节为单位
98:96 3 目标选择_x 目标通道选择：0=0, 1=1, 4=R, 5=G, 6=B, 7=A
101:99 3 目标选择_y
104:102 3 目标选择_z
107:105 3 目标选择_w
110:108 3 数值格式 数值数据类型（浮点、整型等）。参见指令编码的值
114:111 4 数据格式 字段数和每个字段的大小。参见指令编码的值。对于ADD_TID_EN=1的MUBUF指令，此字段保存跨度[17:14]
115 1 用户VM启用 资源通过平铺池/堆映射
116 1 用户VM模式 未映射行为：0：空（返回0/丢弃写入）；1：无效（导致错误）
118:117 2 索引跨度 8、16、32或64。用于重排缓冲区寻址
119 1 添加线程ID启用 将线程ID添加到索引中以计算地址
122:120 3 RSVD 保留。必须设置为零
123 1 NV 非易失性（0=易失性）
125:124 2 RSVD 保留。必须设置为零
127:126 2 类型 值==0表示缓冲区。与128位T#资源中的四位类型字段的高两位重叠

全部设置为零的资源充当未绑定的纹理或缓冲区（返回0,0,0,0）。

8.1.9 内存缓冲区加载到LDS

MUBUF指令格式允许从内存缓冲区直接读取数据到LDS，而不经过VGPR。这支持以下MUBUF指令子集：

  • BUFFER_LOAD_{ubyte, sbyte, ushort, sshort, dword, format_x}

  • 对于加载到LDS，设置指令的TFE位是非法的

地址计算：

  • LDS_offset = 来自M0[15:0]的16位无符号字节偏移量

  • Mem_offset = 来自SGPR（SOFFSET SGPR）的32位无符号字节偏移量

  • idx_vgpr = 来自VGPR的索引值（位于VADDR）（如果idxen=0则为零）

  • off_vgpr = 来自VGPR的偏移量值（位于VADDR或VADDR+1）（如果offen=0则为零）

下图显示了LDS和内存地址计算的组件：

仅当资源（T#）的ADD_TID_ENABLE字段设置为1时，才会添加TIDinWave，而LDS会添加它。MEM_ADDR M#在VDATA字段中；它指定M0。

钳位规则

内存地址钳位遵循与任何其他缓冲区获取相同的规则。

LDS地址钳位：返回的数据不能写入分配给此wave的LDS空间之外。

  • 设置活动掩码以限制缓冲区读取，仅允许那些将数据返回到合法LDS位置的线程

  • LDSbase（分配）以32个双字为单位，LDSsize也是如此

  • M0[15:0]以字节为单位

8.1.10 GLC位解释

GLC位对于加载、存储和原子操作具有不同的含义。

GLC对于加载的含义

  • 当GLC==0时：

    • 加载可以从GPU L1读取数据

    • 通常，所有加载（除了加载获取）使用GLC==0

  • 当GLC==1时：

    • 加载故意错过GPU L1并从L2读取。如果GPU L1中有匹配的行，它将被无效；L2被重新读取

    • 注意：对于单个加载指令，不会为同一wavefront中的每个工作项重新读取L2。例如：b=uav[N+tid] // 假设这是一个字节读取，glc==1且N对齐到64B。在上述操作中，wavefront的第一个Tid从L2或更远处引入行，其他63个Tid从L1中的相同64B缓存行读取

GLC对于存储的含义

  • 当GLC==0时：

    • 这会导致跨wavefront存储操作的工作项进行写合并；脏行会自动写入L2

    • 如果存储操作弄脏了64B行的所有字节，它在L1中保持干净和有效；允许后续访问命中此缓存行

    • 否则，不留写合并行在L1中

  • 当GLC==1时：

    • 与GLC==0相同，只是写合并行不留在线中，即使所有字节都被弄脏

原子操作

  • 当GLC==0时：

    • 不返回数据（这是"只写"原子操作）

  • 当GLC==1时：

    • 返回操作前内存中的值

8.2 向量内存（VM）图像指令

向量内存（VM）操作通过纹理缓存（TC）在VGPR和内存之间传输数据。"向量"意味着为wavefront中的每个工作项唯一传输一个或多个数据块。这与标量内存读取形成对比，标量内存读取仅传输wavefront中所有工作项共享的一个值。

图像对象的示例包括纹理贴图和类型化表面。

图像对象使用一到四维地址访问；它们由一到四个元素的同质数据组成。这些图像对象使用IMAGE_*或SAMPLE_*指令读取或写入，所有这些指令都使用MIMG指令格式。IMAGE_LOAD指令直接从图像缓冲区读取元素到VGPR，而SAMPLE指令使用采样器常量（S#）并在读取数据后应用过滤。IMAGE_ATOMIC指令将VGPR中的数据与内存中已有的数据组合，并可选择返回操作前内存中的值。

所有VM操作都使用图像资源常量（T#），它是SGPR中的256位值。执行指令时，此常量被发送到纹理缓存。此常量定义了内存中表面的地址、数据格式和特性。一些图像指令还使用采样器常量，它是SGPR中的128位常量。通常，这些常量在执行VM指令之前使用标量内存读取从内存获取，但这些常量也可以在着色器内生成。

纹理获取指令有一个数据掩码（DMASK）字段。DMASK指定接收多少个数据组件。如果DMASK小于纹理中的组件数，纹理单元只发送DMASK组件，从R开始，然后是G、B和A。如果DMASK指定的组件多于纹理格式指定的，着色器接收缺失组件的零。

8.2.1 图像指令

本节描述图像指令集，以及这些指令可用的微码字段。

表34. 图像指令

MIMG 描述
SAMPLE_* 从图像对象读取和过滤数据
IMAGE_LOAD_<op> 从图像对象读取数据，使用以下之一：image_load、image_load_mip、image_load_{pck, pck_sgn, mip_pck, mip_pck_sgn}
IMAGE_STORE IMAGE_STORE_MIP 将数据存储到图像对象。存储数据到特定的mipmap级别
IMAGE_ATOMIC_<op> 图像原子操作，包括以下之一：swap、cmpswap、add、sub、rsub、{u,s}{min,max}、and、or、xor、inc、dec、fcmpswap、fmin、fmax

表35. 指令字段

字段 位大小 描述
OP 7 操作码
VADDR 8 提供地址第一个组件的VGPR地址
VDATA 8 提供写入数据第一个组件或接收读取数据第一个组件的VGPR地址
SSAMP 5 在四个连续SGPR中提供S#（采样器常量）的SGPR。缺少SGPR地址的最低两位，因为必须对齐到四个SGPR的倍数
SRSRC 5 在四个或八个连续SGPR中提供T#（资源常量）的SGPR。缺少SGPR地址的最低两位，因为必须对齐到四个SGPR的倍数
UNRM 1 强制地址为非规范化，无论T#如何。对于图像存储和原子操作，必须设置为1
DA 1 着色器声明要与此获取一起使用的数组资源。当为1时，着色器提供带指令的数组索引。当为0时，不提供数组索引
DMASK 4 数据VGPR启用掩码：一到四个连续VGPR。读取：定义返回哪些组件。0=红，1=绿，2=蓝，3=阿尔法。写入：定义哪些组件用VGPR的数据写入（缺失组件得到0）。启用的组件来自连续VGPR。例如：DMASK=1001：红在VGPRn中，阿尔法在VGPRn+1中。对于D16写入，DMASK仅用作字数计数：每个位代表要写入的16位数据，从VADDR的LSB开始，然后是MSB、VADDR+1等。忽略位位置
GLC 1 全局一致性。控制L1纹理缓存如何处理读取和写入。读取：GLC=0：读取可以命中L1并在wave间持久。GLC=1：读取错过L1并强制获取到L2。wave间没有L1持久性。写入：GLC=0：写入错过L1，写入到L2，并在wavefront间在L1中持久。GLC=1：写入错过L1，写入到L2。wavefront间没有持久性。原子操作：GLC=0：不返回先前数据值。wavefront间没有L1持久性。GLC=1：返回先前数据值。wavefront间没有L1持久性
SLC 1 系统级一致性。设置时，访问强制在二级纹理缓存中错过，并与系统内存一致
TFE 1 PRT（部分驻留纹理）的纹素失败启用。设置时，获取可以返回NACK，导致VGPR写入到DST+1（所有获取目标GPR之后的第一个GPR）
LWE 1 LOD警告启用。设置为1时，纹理获取可能返回"LOD_CLAMPED = 1"
A16 1 地址组件为16位（而不是通常的32位）。设置时，所有地址组件为16位（每双字打包两个），除了：纹素偏移（三个6位无符号整数打包到一个双字中）。PCF参考（对于_C指令）。地址组件：对于无采样器的图像操作，为16位无符号整数；有采样器时，为16位浮点数
D16 1 VGPR数据16位。在加载时，将内存中的数据转换为16位格式，然后存储到VGPR中。对于存储，将VGPR中的16位数据转换为32位，然后写入内存。数据被视为浮点还是整数由NFMT决定。仅允许以下操作码使用：IMAGE_SAMPLE*、IMAGE_GATHER4*（但不包括GATHER4H_PCK）、IMAGE_LOAD、IMAGE_LOAD_MIP、IMAGE_STORE、IMAGE_STORE_MIP

8.3 无采样器的图像操作码

对于无采样器的图像操作码，所有VGPR地址值都视为无符号整数。对于立方体贴图，face_id = slice * 6 + face。

下表显示了各种图像操作码的地址VGPR内容：

表36. 无采样器的图像操作码

图像操作码（无采样器的资源） Acnt 维度 VGPRn VGPRn+1 VGPRn+2 VGPRn+3
get_resinfo 0 任意 mipid
load / store / atomics 0 1D x
load / store / atomics 1 1D数组 x slice
load / store / atomics 1 2D x y
load / store / atomics 2 2D MSAA x y fragid
load / store / atomics 2 2D数组 x y slice
load / store / atomics 3 2D数组MSAA x y slice fragid
load / store / atomics 2 3D x y z
load / store / atomics 2 立方体 x y face_id
load_mip / store_mip 1 1D x mipid
load_mip / store_mip 2 1D数组 x slice mipid
load_mip / store_mip 2 2D x y mipid
load_mip / store_mip 3 2D数组 x y slice mipid
load_mip / store_mip 3 3D x y z mipid
load_mip / store_mip 3 立方体 x y face_id mipid

8.4 有采样器的图像操作码

对于有采样器的图像操作码，所有VGPR地址值都视为浮点数。对于立方体贴图，face_id = slice * 8 + face。

某些采样和聚集操作码需要VGPR中显示的之外的额外值。这些值是：偏移、偏置、z比较和梯度。

表37. 有采样器的图像操作码

图像操作码（有采样器） Acnt 维度 VGPRn VGPRn+1 VGPRn+2 VGPRn+3
sample 0 1D x
sample 1 1D数组 x slice
sample 1 2D x y
sample 2 2D隔行扫描 x y field
sample 2 2D数组 x y slice
sample 2 3D x y z
sample 2 立方体 x y face_id
sample_l 1 1D x lod
sample_l 2 1D数组 x slice lod
sample_l 2 2D x y lod
sample_l 3 2D隔行扫描 x y field lod
sample_l 3 2D数组 x y slice lod
sample_l 3 3D x y z lod
sample_l 3 立方体 x y face_id lod
sample_cl 1 1D x clamp
sample_cl 2 1D数组 x slice clamp
sample_cl 2 2D x y clamp
sample_cl 3 2D隔行扫描 x y field clamp
sample_cl 3 2D数组 x y slice clamp
sample_cl 3 3D x y z clamp
sample_cl 3 立方体 x y face_id clamp
gather4 1 2D x y
gather4 2 2D隔行扫描 x y field
gather4 2 2D数组 x y slice
gather4 2 立方体 x y face_id
gather4_l 2 2D x y lod
gather4_l 3 2D隔行扫描 x y field lod
gather4_l 3 2D数组 x y slice lod
gather4_l 3 立方体 x y face_id lod
gather4_cl 2 2D x y clamp
gather4_cl 3 2D隔行扫描 x y field clamp
gather4_cl 3 2D数组 x y slice clamp
gather4_cl 3 立方体 x y face_id clamp

注意：

  1. Sample包括sample、sample_d、sample_b、sample_lz、sample_c、sample_c_d、sample_c_b、sample_c_lz和getlod

  2. Sample_l包括sample_l和sample_c_l

  3. Sample_cl包括sample_cl、sample_d_cl、sample_b_cl、sample_c_cl、sample_c_d_cl和sample_c_b_cl

  4. Gather4包括gather4、gather4_lz、gather4_c和gather4_c_lz

下表列出并简要描述了图像指令的合法后缀：

表38. 采样指令后缀键

8.4.1 VGPR使用

地址：地址由最多四个部分组成：

bash 复制代码 
{ offset } { bias } { z-compare } { derivative } { body }

这些都打包到连续的VGPR中。

  • 偏移 ：SAMPLE*O*、GATHER*O*

    一个双字的offset_xyz。偏移是六位有符号整数：X=[5:0]、Y=[13:8]、Z=[21:16]

  • 偏置 ：SAMPLE*B*、GATHER*B*。一个双字浮点数

  • z比较 ：SAMPLE*C*、GATHER*C*。一个双字

  • 导数（sample_d、sample_cd）：2、4或6个双字，每个导数打包为一个双字，如下：

    图像维度 VGPR N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5
    1D DX/DH DX/DV - - - -
    2D DX/DH DY/DH DX/DV DY/DV - -
    3D DX/DH DY/DH DZ/DH DX/DV DY/DV DZ/DV

  • 主体：一到四个双字，如表中定义：[带采样器的图像操作码]。地址组件为X、Y、Z、W，X在VGPR_M中，Y在VGPR_M+1中，依此类推。"主体"中的组件数是表中ACNT字段的值加一

  • 数据：从一到四个连续VGPR写入或返回到。读取或写入的数据量由指令的DMASK字段确定

    • 读取：DMASK指定资源的哪些元素返回到连续VGPR。纹理系统从内存读取数据，根据数据格式将其扩展为规范RGBA形式，为缺失组件填充零或一。然后应用DMASK，只有选定的组件返回到着色器

    • 写入：写入图像对象时，只能写入整个元素（所有组件），而不仅仅是单个组件。组件来自连续VGPR，纹理系统为图像数据格式的任何缺失组件填充零值；忽略不属于存储数据格式的任何值。例如，如果DMASK=1001，着色器发送红从VGPR_N，阿尔法从VGPR_N+1到纹理单元。如果图像对象是RGB，纹素被VGPR_N的红覆盖，绿和蓝设置为零，着色器的阿尔法被忽略

    • 原子操作：图像原子操作仅在32位和64位每像素表面上支持。表面数据格式在资源常量中指定。原子操作将元素视为32位或64位的单个组件。对于原子操作，DMASK设置为发送到纹理单元的VGPR（双字）数。图像原子操作的DMASK合法值：不允许其他DMASK值

      • 0x1 = 32位原子操作（除了cmpswap）

      • 0x3 = 32位原子cmpswap

      • 0x3 = 64位原子操作（除了cmpswap）

      • 0xf = 64位原子cmpswap

    • 带返回的原子操作：数据从VDATA开始的VGPR中读取，提供给原子操作。如果原子返回值到VGPR，则该数据返回到从VDATA开始的相同VGPR

    • D16指令：加载格式和存储格式指令也有"d16"变体。对于存储，每个32位VGPR保存两个16位数据元素，传递给纹理单元。纹理单元在写入内存之前将它们转换为纹理格式。对于加载，从纹理单元返回的数据转换为16位，一对数据存储在每个32位VGPR中（先LSB，然后MSB）。DMASK位代表单个16位元素；因此，当DMASK=0011用于图像加载时，两个16位组件加载到单个32位VGPR中

8.4.2 图像资源

图像资源（也称为T#）定义图像缓冲区在内存中的位置、其维度、平铺方式和数据格式。这些资源存储在四个或八个连续SGPR中，并由MIMG指令读取。

表39. 图像资源定义

位范围 大小 名称 注释
128位资源：1D纹理、2D纹理、2D MSAA（多重采样抗锯齿）
39:0 40 基地址 256字节对齐。也用于fmask指针
51:40 12 最小LOD 4.8格式（四位无符号整数位，八位小数位）
57:52 6 数据格式 组件数和每个组件的位数
61:58 4 数值格式 数值格式
62 1 NV 非易失性（0=易失性）
77:64 14 宽度 mip0的宽度-1（以纹素为单位）
91:78 14 高度 mip0的高度-1（以纹素为单位）
94:92 3 性能调制 缩放采样器的perf_z、perf_mip、aniso_bias、lod_bias_sec
98:96 3 目标选择_x 0=0, 1=1, 4=R, 5=G, 6=B, 7=A
101:99 3 目标选择_y
104:102 3 目标选择_z
107:105 3 目标选择_w
111:108 4 基础级别 资源视图中的最大mip级别。对于MSAA，设置为零
115:112 4 最后级别 对于MSAA，保存样本数
120:116 5 平铺索引 查找表：32×16 bank_width[2]、bank_height[2]、num_banks[2]、tile_split[2]、macro_tile_aspect[2]、micro_tile_mode[2]、array_mode[4]
127:124 4 类型 0=buf, 8=1d, 9=2d, 10=3d, 11=cube, 12=1d-array, 13=2d-array, 14=2d-msaa, 15=2d-msaa-array。1-7保留
256位资源：1D数组、2D数组、3D、立方体贴图、MSAA
140:128 13 深度 3D贴图的mip0深度-1
156:141 16 间距 以纹素为单位
159:157 3 边框颜色重排 指定边框颜色的通道排序，独立于T# dst_sel字段。0=xyzw, 1=xwyz, 2=wqyx, 3=wxyz, 4=zyxw, 5=yxwz
176:173 4 数组间距 被子的数组间距，编码为：trunc(log2(array_pitch))+1
184:177 8 元数据地址 位[47:40]
185 1 元数据线性 强制元数据表面为线性
186 1 元数据管道对齐 在元数据寻址中保持管道对齐
187 1 元数据RB对齐 在元数据寻址中保持RB对齐
191:188 4 最大MIP 资源mipLevel-1。描述资源，与描述资源视图的base_level和last_level相反。对于MSAA，保存log2(样本数)
203:192 12 最小LOD警告 LOD的反馈触发器，U4.8格式
211:204 8 计数器bank ID PRT计数器ID
212 1 LOD硬件计数启用 PRT硬件计数器启用
213 1 压缩启用 启用增量颜色压缩
214 1 阿尔法在MSB上 如果表面的组件交换未反转，则设置为1（DCC）
215 1 颜色变换 自动=0，无=1（DCC）
255:216 40 元数据地址 元数据地址的高位（DCC）[47:8]

所有图像资源视图描述符（T#）都由驱动程序写为256位。

MIMG格式指令有一个DeclareArray（DA）位，反映着色器期望绑定的是数组纹理还是简单纹理。当DA为零时，硬件不向纹理缓存发送数组索引。如果纹理贴图被索引，硬件提供零索引值。为非索引纹理贴图发送的索引被忽略。

8.4.3 图像采样器

采样器资源（也称为S#）定义对采样指令读取的纹理贴图数据执行的操作。这些主要是地址钳位和过滤选项。采样器资源在四个连续SGPR中定义，并在每个采样指令执行时提供给纹理缓存。

表40. 图像采样器定义

位范围 大小 名称 描述
2:0 3 钳位x 钳位/环绕模式
5:3 3 钳位y
8:6 3 钳位z
11:9 3 最大各向异性比率
14:12 3 深度比较函数
15 1 强制非规范化 强制地址坐标为非规范化
18:16 3 各向异性阈值
19 1 mc坐标截断
20 1 强制去伽马
26:21 6 各向异性偏置 u1.5格式
27 1 截断坐标
28 1 禁用立方体贴图环绕
30:29 2 过滤模式 正常线性插值、最小或最大过滤
31 1 兼容模式 1=新模式；0=传统模式
43:32 12 最小LOD u4.8格式
55:44 12 最大LOD u4.8格式
59:56 4 性能MIP
63:60 4 性能Z
77:64 14 LOD偏置 s5.8格式
83:78 6 LOD偏置秒 s1.4格式
85:84 2 xy放大过滤 放大过滤
87:86 2 xy缩小过滤 缩小过滤
89:88 2 z过滤
91:90 2 MIP过滤
92 1 MIP点预钳位 当MIP过滤器=点时，钳位前添加0.5
93 1 禁用LSB上取整 禁用过滤器中的上取整逻辑（向上舍入）
94 1 过滤器精度修复
95 1 各向异性覆盖 如果base_level = last_level，禁用各向异性过滤
107:96 12 边框颜色指针
125:108 18 未使用
127:126 2 边框颜色类型 不透明黑色、透明黑色、白色、使用边框颜色指针
8.4.4 数据格式

数据格式0-15可用于缓冲区资源，所有格式可用于图像格式。下表详细说明了图像和缓冲区资源可以使用的所有数据格式。

8.4.5 向量内存指令数据依赖性

当发出VM指令时，地址立即从VGPR中读取并发送到纹理缓存。任何纹理或缓冲区资源和采样器也立即发送。然而，写入数据不会立即发送到纹理缓存。

着色器开发人员负责避免与VMEM指令相关的数据危害，包括在读取从纹理缓存获取的数据之前等待VMEM读取指令完成（VMCNT）。这在"数据依赖性解析"部分中解释。

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