Vulkan规范：第八章 8

8. 着色器

一个着色器指定了在图形和计算管线对应各阶段的每个顶点、控制点、细分顶点、图元、片元或者工作组 上执行的可编程的操作。

图形管线包括作为primitive assembly结果的顶点着色器执行， 紧接着是在patches之上的 细分控制、求值着色器（如果开启了）操作，作用在图元之上的几何着色器（如果开启了）， 操作于 Rasterization产生的片元之上的片元着色器。 在本规范中，顶细分控制、细分求值、几何着色器都是指顶点处理阶段，发生在逻辑管线中栅格化之前。 片元着色器程序在栅格化之后运行。

只有计算着色器阶段被包含在计算管线中。计算着色器操作一个工作组中的一些调用。

着色器可以从输入变量中读取，从输出变量中读取或者写入。 输入和输出变量可以被用来在不同着色器阶段之间转移数据，或者允许着色器和执行环境中变量值直接交互。 同样的，执行环境也提供了描述性能的常量。

着色器变量和执行环境提供的着色器内部_built-in_修饰的输入和输出变量相关。 对于每个阶段可用的修饰符在下面小节中列出。

8.1. 着色器模块

Shader modules 包含 shader code 和一个或多个入口点。 可通过指定一个入口点作为创建pipeline的一部分来从着色器模块中选择着色器。 管线的阶段可以使用来自不同模块的着色器。定义了一个着色器模块的着色器代码必须是SPIR-V格式， 在附录 Vulkan Environment for SPIR-V 有描述。

着色器模块通过VkShaderModule handles表示：

VK_DEFINE_NON_DISPATCHABLE_HANDLE(VkShaderModule)

可调用如下命令来创建着色器模块：

VkResult vkCreateShaderModule(
    VkDevice                                    device,
    const VkShaderModuleCreateInfo*             pCreateInfo,
    const VkAllocationCallbacks*                pAllocator,
    VkShaderModule*                             pShaderModule);

• device 是创建着色器模块的逻辑设备。

• pCreateInfo 参数是一个指针，指向了一个 VkShaderModuleCreateInfo 类型的数据结构实例。

• pAllocator控制了主机端内存如何分配，如Memory Allocation一章所述。

• pShaderModule 指向了一个VkShaderModule handle ，它接收返回的着色器模块。

一旦着色器模块被创建完成，它所包含的入口点在Compute Pipelines 和 Graphics Pipelines中描述的管线阶段。

Valid Usage (Implicit)

• device must be a valid VkDevice handle

• pCreateInfo must be a pointer to a valid VkShaderModuleCreateInfo structure

• If pAllocator is not NULL, pAllocator must be a pointer to a valid VkAllocationCallbacks structure

• pShaderModule must be a pointer to a VkShaderModule handle

Return Codes

Success

• VK_SUCCESS

Failure

• VK_ERROR_OUT_OF_HOST_MEMORY

• VK_ERROR_OUT_OF_DEVICE_MEMORY

VkShaderModuleCreateInfo 数据结构定义如下：

typedef struct VkShaderModuleCreateInfo {
    VkStructureType              sType;
    const void*                  pNext;
    VkShaderModuleCreateFlags    flags;
    size_t                       codeSize;
    const uint32_t*              pCode;
} VkShaderModuleCreateInfo;

• sType 是数据结构的类型

• pNext 是 NULL 或者指向一个指向拓展特定的数据结构的指针

• flags 被保留

• codeSize 是 pCode指明的代码的大小，以字节为单位

• pCode 指向了将用来创建着色器模块的代码。代码的类型和格式由 pCode所指向的内存内容所决定

正确使用

• codeSize 必须要大于0

• codeSize 必须是4的倍数 If the VK_NV_glsl_shader extension is enabled and pCode references GLSL code codeSizecan be a multiple of 1

• pCode must point to valid SPIR-V code, formatted and packed as described by the Khronos SPIR-V Specification. If the VK_NV_glsl_shader extension is enabled pCode can instead reference valid GLSL code and must be written to the GL_KHR_vulkan_glsl extension specification

• pCode must adhere to the validation rules described by the Validation Rules within a Module section of the SPIR-V Environment appendix. If the VK_NV_glsl_shader extension is enabled pCode can be valid GLSL code with respect to the GL_KHR_vulkan_glsl GLSL extension specification

• pCode must declare the Shader capability for SPIR-V code

• pCode must not declare any capability that is not supported by the API, as described by the Capabilities section of the SPIR-V Environment appendix

• If pCode declares any of the capabilities that are listed as not required by the implementation, the relevant feature mustbe enabled, as listed in the SPIR-V Environment appendix

Valid Usage (Implicit)

• sType must be VK_STRUCTURE_TYPE_SHADER_MODULE_CREATE_INFO

• pNext must be NULL

• flags must be 0

• pCode must be a pointer to an array of \(codeSize \over 4\) uint32_t values

可调用如下命令来销毁着色器模块：

void vkDestroyShaderModule(
    VkDevice                                    device,
    VkShaderModule                              shaderModule,
    const VkAllocationCallbacks*                pAllocator);

• device 是销毁着色器模块的逻辑设备

• shaderModule 是需要被销毁的着色器模块

• pAllocator 控制了CPU端内存分配，如 Memory Allocation 一章所述

一个着色器模块可以在使用它的着色器的管线仍在使用中的时候被销毁。

正确使用

• If VkAllocationCallbacks were provided when shaderModule was created, a compatible set of callbacks must be provided here

• If no VkAllocationCallbacks were provided when shaderModule was created, pAllocator must be NULL

Valid Usage (Implicit)

• device must be a valid VkDevice handle

• If shaderModule is not VK_NULL_HANDLE, shaderModule must be a valid VkShaderModule handle

• If pAllocator is not NULL, pAllocator must be a pointer to a valid VkAllocationCallbacks structure

• If shaderModule is a valid handle, it must have been created, allocated, or retrieved from device

Host Synchronization

• Host access to shaderModule must be externally synchronized