diff --git a/Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Core.cpp b/Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Core.cpp index 05ca021..f74c5ae 100644 --- a/Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Core.cpp +++ b/Engine/Graphics/Direct3D12/D3D12Core.cpp @@ -72,6 +72,9 @@ namespace { // - 这是一种防御性编程，确保对象始终处于有效状态 class d3d12_command { +public: + d3d12_command() = default; + DISABLE_COPY_AND_MOVE(d3d12_command) explicit d3d12_command(ID3D12Device8 *const device, D3D12_COMMAND_LIST_TYPE type) { HRESULT hr{ S_OK }; @@ -110,25 +113,36 @@ class d3d12_command type == D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_COMPUTE ? L"Compute Command List" : L" Command List"); + DXCall(hr = device->CreateFence(0, D3D12_FENCE_FLAG_NONE, IID_PPV_ARGS(&_fence))); + if(FAILED(hr)) goto _error; + NAME_D3D12_OBJECT(_fence, L"D3D12 Fence"); + + _fence_event = CreateEventEx(nullptr, nullptr, 0, EVENT_ALL_ACCESS); + assert(_fence_event); + + return; _error: release(); } - - void release() - { - } + ~d3d12_command() + { + assert(!_cmd_queue && !_cmd_list && !_fence); + } + + // 等待当前帧被标记为完成信号，并重置命令分配器和命令列表 void begin_frame() { command_frame& frame{_cmd_frames[_frame_index]}; - frame.wait(); + frame.wait(_fence_event, _fence); // 重置命令分配器将释放之前帧分配的命令内存，使其可重新用于录制新帧的命令 // 重置命令列表将命令列表重置为可录制状态，准备录制录制命令 DXCall(frame.cmd_allocator->Reset()); DXCall(_cmd_list->Reset(frame.cmd_allocator, nullptr)); } + // 使用新的围栏值来标记这个围栏 void end_frame() { //在提交命令列表前，先关闭命令列表，确保命令列表进入可提交状态 @@ -137,18 +151,66 @@ class d3d12_command // 虽然目前只有单个命令列表且为单线程工作模式，但仍采用数组方式以保持代码的扩展性 ID3D12CommandList *const cmd_lists[]{_cmd_list}; _cmd_queue->ExecuteCommandLists(_countof(cmd_lists), &cmd_lists[0]); + + u64& fence_value{_fence_value}; + ++fence_value; + command_frame& frame{_cmd_frames[_frame_index]}; + frame.fence_value = fence_value; + _cmd_queue->Signal(_fence, fence_value); _frame_index = (_frame_index + 1) % frame_buffer_count; } + /** + * @brief 等待所有帧的命令列表执行完成 + * @details 确保所有帧的命令列表执行完成，避免资源冲突 + */ + void flush() + { + for(u32 i{ 0 }; i < frame_buffer_count; ++i) + { + _cmd_frames[i].wait(_fence_event, _fence); + } + _frame_index = 0; + } + + void release() + { + flush(); + core::release(_fence); + _fence_value = 0; + + CloseHandle(_fence_event); + _fence_event = nullptr; + + core::release(_cmd_queue); + core::release(_cmd_list); + + for(u32 i{ 0 }; i < frame_buffer_count; ++i) + { + _cmd_frames[i].release(); + } + } + + constexpr ID3D12CommandQueue *const command_queue() const {return _cmd_queue;} + constexpr ID3D12GraphicsCommandList6 *const command_list() const {return _cmd_list;} + constexpr u32 frame_index() const {return _frame_index;} private: struct command_frame { - ID3D12CommandAllocator* cmd_allocator{ nullptr }; + ID3D12CommandAllocator* cmd_allocator{ nullptr }; + u64 fence_value{ 0 }; - void wait() + void wait(HANDLE fence_event, ID3D12Fence1* fence) { - + assert(fence && fence_event); + // 如果当前的Fence值小于目标值，说明GPU还没有执行完成当前的命令列表 + if(fence->GetCompletedValue() < fence_value) + { + // 我们需要等待GPU执行当前的命令列表，设置事件并等待事件触发 + DXCall(fence->SetEventOnCompletion(fence_value, fence_event)); + WaitForSingleObject(fence_event, INFINITE); + } } void release() @@ -157,23 +219,33 @@ private: } }; - ID3D12CommandQueue* _cmd_queue{ nullptr }; - ID3D12GraphicsCommandList6* _cmd_list{ nullptr }; - command_frame _cmd_frames[frame_buffer_count]{}; - u32 _frame_index{ 0 }; + ID3D12CommandQueue* _cmd_queue{ nullptr }; + ID3D12GraphicsCommandList6* _cmd_list{ nullptr }; + ID3D12Fence1* _fence{ nullptr }; + // 对于围栏值来说他是64位无符号整型,有2^64-1个值,即便每秒1000帧,也需要5.8亿年才能回绕,所以不需要担心一直递增导致溢出的问题 + u64 _fence_value{ 0 }; + command_frame _cmd_frames[frame_buffer_count]{}; + HANDLE _fence_event{ nullptr }; + u32 _frame_index{ 0 }; }; /** * @brief 主 Direct3D 12 设备指针 * @details 指向 Direct3D 12 设备的智能指针，用于创建渲染管线、管理资源与 GPU 命令 */ -ID3D12Device8* main_device{ nullptr }; +ID3D12Device8* main_device{ nullptr }; /** * @brief DXGI 工厂指针 * @details 指向 DXGI 工厂的智能指针，用于创建 Direct3D 12 设备 */ -IDXGIFactory7* dxgi_factory{ nullptr }; +IDXGIFactory7* dxgi_factory{ nullptr }; + +/** + * @brief 命令管理类实例 + * @details 用于管理 Direct3D 12 命令队列和命令列表，提供类型安全的 GPU命令提交机制 + */ +d3d12_command gfx_command; // 最小支持的 Direct3D 特本级别 constexpr D3D_FEATURE_LEVEL minumum_feature_level{ D3D_FEATURE_LEVEL_11_0 }; @@ -282,6 +354,15 @@ initialize() // 为 Direct3D 12 设备设置名称 NAME_D3D12_OBJECT(main_device, L"Main Device"); + // 使用 placement new 在已分配的内存上构造对象 + // new (&gfx_command) 表示在 gfx_command 的地址处调用构造函数 + // 这种用法允许我们在不分配新内存的情况下，在指定内存位置构造对象 + // 常用于需要在特定内存地址构造对象，或重新初始化已存在的对象 + // 这里 gfx_command 是一个类成员变量，我们直接在其内存位置上构造 d3d12_command 对象 + // 避免了额外的内存分配，同时可以传递构造参数（main_device 和命令队列类型） + new (&gfx_command) d3d12_command(main_device, D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT); + if(!gfx_command.command_queue()) return failed_init(); + #ifdef _DEBUG { ComPtr info_queue; @@ -299,6 +380,7 @@ initialize() void shutdown() { + gfx_command.release(); release(dxgi_factory); #ifdef _DEBUG @@ -329,8 +411,14 @@ shutdown() void render() { - begin_frame(); + // 等待GPU完成命令列表,并重置命令分配器和命令列表 + gfx_command.begin_frame(); + ID3D12GraphicsCommandList6* cmd_list{ gfx_command.command_list() }; - end_frame(); + // 记录命令 + // + // 完成命令记录,立即提交命令列表到命令队列执行 + // 为下一帧标记并增加围栏值 + gfx_command.end_frame(); } }// namespace XEngine::graphics::d3d12::core diff --git a/EngineTest/TestRenderer.cpp b/EngineTest/TestRenderer.cpp index 8c4ba04..b93a0bd 100644 --- a/EngineTest/TestRenderer.cpp +++ b/EngineTest/TestRenderer.cpp @@ -94,6 +94,7 @@ void engine_test::run() { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10)); + graphics::render(); } bool diff --git a/docs/changelogs/2026-03/20260327-d3d12-fence-sync.md b/docs/changelogs/2026-03/20260327-d3d12-fence-sync.md new file mode 100644 index 0000000..6048245 --- /dev/null +++ b/docs/changelogs/2026-03/20260327-d3d12-fence-sync.md @@ -0,0 +1,154 @@ +# 变更记录：Fence 同步机制实现 + +**提交日期**: 2026-03-27 +**提交哈希**: `b00a906` +**变更类型**: 功能实现 + +--- + +## 变更概述 + +本次提交实现了 D3D12 Fence（围栏）同步机制，完成 CPU-GPU 帧同步，确保命令列表执行顺序正确，避免资源冲突。 + +## 修改文件 + +### Engine/Graphics/Direct3D12/ + +| 文件 | 变更说明 | +|------|----------| +| `D3D12Core.cpp` | 添加 Fence 同步机制，实现 `wait()`、`flush()` 方法 | + +### EngineTest/ + +| 文件 | 变更说明 | +|------|----------| +| `TestRenderer.cpp` | 在 `run()` 中调用 `graphics::render()` | + +--- + +## 技术要点 + +### 1. Fence 对象 + +```cpp +ID3D12Fence1* _fence{ nullptr }; +u64 _fence_value{ 0 }; +HANDLE _fence_event{ nullptr }; +``` + +- **Fence**: GPU 可设置的计数器，用于同步 +- **Fence Value**: 64位无符号整数，每帧递增 +- **Fence Event**: Windows 事件对象，用于 CPU 等待 + +### 2. command_frame 结构 + +```cpp +struct command_frame +{ + ID3D12CommandAllocator* cmd_allocator{ nullptr }; + u64 fence_value{ 0 }; // 该帧的围栏值 + + void wait(HANDLE fence_event, ID3D12Fence1* fence); +}; +``` + +每帧记录其围栏值，用于判断 GPU 是否完成该帧。 + +### 3. 帧同步等待 + +```cpp +void wait(HANDLE fence_event, ID3D12Fence1* fence) +{ + if(fence->GetCompletedValue() < fence_value) + { + fence->SetEventOnCompletion(fence_value, fence_event); + WaitForSingleObject(fence_event, INFINITE); + } +} +``` + +- 检查 GPU 是否完成到目标围栏值 +- 未完成则设置事件并等待 + +### 4. 帧结束信号 + +```cpp +void end_frame() +{ + // ... 提交命令列表 ... + ++_fence_value; + _cmd_frames[_frame_index].fence_value = _fence_value; + _cmd_queue->Signal(_fence, _fence_value); + _frame_index = (_frame_index + 1) % frame_buffer_count; +} +``` + +- 递增围栏值 +- 记录当前帧的围栏值 +- 向 GPU 发送信号 + +### 5. flush 方法 + +```cpp +void flush() +{ + for(u32 i{ 0 }; i < frame_buffer_count; ++i) + { + _cmd_frames[i].wait(_fence_event, _fence); + } + _frame_index = 0; +} +``` + +等待所有帧完成，用于资源释放前确保 GPU 完成。 + +--- + +## 同步流程 + +``` +begin_frame() + │ + ├─► 检查当前帧的 fence_value + │ + └─► 如果 GPU 未完成，CPU 等待 + │ + └─► 重置分配器和命令列表 + +end_frame() + │ + ├─► 提交命令列表 + │ + ├─► ++fence_value + │ + ├─► 记录当前帧的 fence_value + │ + ├─► Signal(fence, fence_value) + │ + └─► 递增帧索引 +``` + +--- + +## 围栏值溢出问题 + +```cpp +// 64位无符号整数，即便每秒1000帧，也需要5.8亿年才能回绕 +u64 _fence_value{ 0 }; +``` + +无需担心溢出问题。 + +--- + +## 后续工作 + +- [ ] 交换链实现 +- [ ] 描述符堆 +- [ ] 渲染目标视图 + +--- + +## 相关文档 + +- [D3D12学习Wiki](../wiki/D3D12学习Wiki.md) diff --git a/docs/changelogs/README.md b/docs/changelogs/README.md index 567bd00..0c7aafe 100644 --- a/docs/changelogs/README.md +++ b/docs/changelogs/README.md @@ -16,6 +16,7 @@ changelogs/ | 日期 | 提交 | 变更内容 | |------|------|----------| +| 2026-03-27 | [Fence同步机制](./2026-03/20260327-d3d12-fence-sync.md) | D3D12 Fence CPU-GPU 帧同步实现 | | 2026-03-26 | [命令队列与多帧缓冲](./2026-03/20260326-d3d12-command-queue.md) | D3D12 命令队列和多帧渲染架构 | | 2026-03-26 | [D3D12设备初始化](./2026-03/20260326-d3d12-device-init.md) | D3D12 设备创建与调试层实现 | | 2026-03-26 | [Graphics模块](./2026-03/20260326-d3d12-foundation.md) | Graphics 模块与 D3D12 后端框架 | diff --git a/docs/wiki/D3D12学习Wiki.md b/docs/wiki/D3D12学习Wiki.md index a6ff9d1..2834cd2 100644 --- a/docs/wiki/D3D12学习Wiki.md +++ b/docs/wiki/D3D12学习Wiki.md @@ -211,6 +211,33 @@ _frame_index = (_frame_index + 1) % frame_buffer_count; 环形缓冲区管理帧资源，确保 CPU 不会超前 GPU 超过 3 帧。 +### 6.4 Fence 同步机制 + +项目实现了 Fence（围栏）同步，确保 CPU-GPU 帧同步： + +```cpp +struct command_frame +{ + ID3D12CommandAllocator* cmd_allocator{ nullptr }; + u64 fence_value{ 0 }; // 该帧的围栏值 + + void wait(HANDLE fence_event, ID3D12Fence1* fence); +}; +``` + +**同步流程**： +1. `begin_frame()` - 检查 GPU 是否完成当前帧，未完成则等待 +2. `end_frame()` - 递增围栏值，向 GPU 发送信号 + +```cpp +// 帧结束信号 +++_fence_value; +_cmd_frames[_frame_index].fence_value = _fence_value; +_cmd_queue->Signal(_fence, _fence_value); +``` + +**围栏值溢出**：64位无符号整数，每秒1000帧需要5.8亿年才回绕，无需担心。 + ## 7. 渲染表面与窗口 ### 7.1 render_surface 结构