LLPC初认识 | JucanaYu’s Blog

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一、什么是LLPC？

LLPC（LLVM Pipeline compile）建立在LLVM现有的用于AMD gpu的着色器编译基础设施上，以生成与PAL的管道ABI兼容的代码对象。

LLPC和正常的LLVM结构一样，包含了三个部分：①front-end（前端） ②middle-end（中端） ③back-end（后端）。虽然说结构一致，但是输入的东西和一些结构上的东西不太一样。

在这里放一个LLPC运行的官方流程图：

*（The diagram below gives an overview of the compilation process. Yellow boxes are a part of the processing; blue boxes are objects. For simplicity, this diagram does not show BuilderReplayer.）*

二、前端在干什么事情？

可以看到前端有两个进口流程，说明是有两种不同的编译方式：

其中前端编译器同时具有管道状态和各个着色器。

1、管道编译：

对于管道编译，使用BuilderContext::CreatePipeline创建 Pipeline 对象，然后使用其方法将管道状态传递给它（也就是要创建CreateInfoPipeline）：

SetShaderStageMask

SetOptions（设置管道调整选项，包括 NGG 选项）

SetShaderOptions（设置每个着色器的调整选项）

SetUserDataNodes

SetDeviceIndex

SetVertexInputDescriptions

SetColorExportState

SetGraphicsState（设置输入组件、视口和光栅器状态）

2、着色器编译：

将输入 SPIR-V 转换为适合 LGC 的 LLVM IR。运行一些“降低”的过程来帮助实现这种转变。将各个着色器 IR 模块链接到单个管线 IR 模块。SPIR-V 转换器基于 Khronos SPIR-V-to-LLVM 转换器。

其中前端编译器只有一个着色器，尚不知道它与任何管道的关系。在这里，前端使用 Builder 编译着色器，然后进行管道编译，其中输入着色器是来自各个着色器编译的 IR。（也就是走的图上的SPIR-V shader->set shader modes->Builder->shader modes->PipelineState）

首先使用Builder::Set*ShaderMode来自输入语言的调用来设置着色器模式（FP 模式、useSubgroupSize 标志、曲面细分模式、几何模式、片段模式、工作组大小）。然后创建或处理 IR 模块，使用 Builder 调用生成新的 IR。

对于着色器编译，请调用Builder::RecordShaderModes以确保将模式记录到 IR 中。

对于着色器编译，已完成：此时的 IR 模块是编译的结果，可以存储起来并保留以供以后与其他着色器链接。

3、将着色器IR模块链接到管道IR模块

调用Pipeline::Link以将着色器 IR 模块链接到管道 IR 模块。

三、中端在干什么？

1、对 LLVM IR 执行进一步降低，以获得llvm.amdgcn.*具有 AMDGPU 后端理解的内在函数的 LLVM IR，以及后端添加到 ELF 所需的 PAL 元数据。使 IR 符合 PAL ABI 的更改包括：

①、以特定于目标的方式合并着色器（GFX9+ 上合并 LS-HS 和 ES-GS；GFX10+ 上合并 NGG）；

②、设置输入参数以在波调度时接收 SGPR 和 VGPR；

③、适当设置 PAL 元数据寄存器。

2、运行中端优化，其中大部分是标准的 LLVM 优化。

3、支持着色器、部分管道和整个管道编译：主要由pipelineLink指定Pipeline::irLink()：

四、后端在干什么？

所有常见的后端转换（指令选择、SIMD 控制流降低、调度、寄存器分配）。

五、结果

结果是符合 PAL ABI 的 ELF。

补充：什么是PAL？什么是XGL？

其中 XGL 主要负责将 Vulkan API 命令转换为 PAL 命令。除了转换指令之外，它还使用基于 LLVM Pipeline Compiler（LLPC）库将 VkPipeline 的 Shader 编译为与 PAL 管道 ABI 兼容的代码对象。从 XGL 的职责可以看出，XGL 是比较薄的层次，驱动中大部分的工作代码都集中在 PAL 中。

PAL 是 AMD Radeon™ (GCN、RDNA及以上) 架构的硬件和操作系统的抽象层，运行在用户模式驱动中（UMD）中，是 UMD 的重要组成部分。PAL 接受来自于 XGL 转换过来的命令，在其内部根据所处硬件平台执行相应的硬件和操作系统指令。PAL 是相对较厚的驱动层，占据了基于 PAL 的 UMD 中的大部分代码量（除 LLPC 之外）。

PAL 内部的抽象级别并不是完全一致的，在功能相近的部分，抽象级别相对较高，在和硬件相关的不同部分，抽象级别相对较低。总体的原则是在不影响驱动性能的前提下尽可能共享更多的代码。

在架构上 XGL 是 PAL 的 Client，PAL 是 XGL 的 Server。