[置顶] Windows显示驱动（WDDM）编程初步（2）
欢迎转载【作者：张佩】【原文：http://www.yiiyee.cn/Blog/wddm2/】
第二部分专门只讲VIDPN。这是后面内容的基础。WDDM框架用VIDPN这个概念，来描述它所要处理的显示关系。
VIDPN
VIDPN的全称是Video Present Network，这个因为词组不太好翻译（直译可以是：视频提交网络，但颇为难听），所以一般都直接讲它的英文。
VIDPN是WDDM引入的概念，用来描述通过显卡设备（Adapter）建立的若干个显示源（Source）和若干个目标接口（Target）之间的关系。系统按照VIDPN所定义的方式，将一个或多个显示源（Source）通过显卡设备，输出到这些目标接口（Target）上。
基本元素
组成VIDPN网络的，是下面这样一些基本元素：
显示源（Source）：这是一系列可提交到显卡设备，并显示出来的图像内容。
源模式（Source Mode）：一个源（Source）需要一个模式（Mode）来定义它的属性，包括长、宽、颜色格式和比特深度（Bit Depth）等。
源模式集合（Source Mode Set）：一个源（Source）的所有模式（Mode）的集合（Set），称为源模式集合。网络中所有源的模式集合，称为集合集（Sets）。
目标（Target）：一系列物理接口，显卡设备通过它们来输出源内容。可以把它们理解成显卡上的多个接口。虽然不是很准确，但如果你愿意，也可以直接把它们理解成接在显卡设备上的若干个显示器设备——这里之所以讲不是很准确，因为从接口到最终显示，中间还存在显示器设备对图像内容的处理。作为显示器设备，另有元素Monitor Source Mode Set来标识它所能够支持的Mode。但KMDOD项目中并没有用到这个元素，它默认由显示设备自己处理Target Mode和Monitor Mode间关系。
目标模式（Target Mode）：一个目标（Target）也需要一个模式（Mode）来定义它的属性，它比源更复杂一些，除了长、宽、颜色格式和深度外，还有刷新率、缓冲区长度（Pitch）等。
目标模式集合（Source Mode Set）：一个目标（Target）的所有模式（Mode）集合（Set），就是源模式集合。网络中所有目标的模式集合，称为集合集（Sets）。
确定的模式（Pinned Mode）：在一条Path中，不管Source还是Target，在另一方Mode确定的情况下，选择出来的能够和另一方相匹配的一个模式，称为确定的模式（Pinned Mode）。Pin是钉子的意思，即表示板上钉钉的Mode。
路径（Path）：把一个源（Source）和一个目标（Target）之间的连接，称为一个路径（Path）。VIDPN网络中可能存在若干个Path，但至少有一个Path。
拓扑结构（Topology）：由若干个Path组成的结构，称为拓扑结构。
从MSDN文档中还会看到其它的一些元素，如输出设备（也就是显示设备或Monitor）、输出Codec（用作输出信号或格式转换）等，但上面这些却是组成VIDPN最基本和重要的元素。KMDOD项目中也并未用到此外的其它元素。
拓扑结构
下面介绍几个VIDPN网络拓扑结构的例子，都取自MSDN文档。
示例1
下面列几张VIDPN的拓扑图，解释其中所包含的上述基本元素。
在上面的这个VIDPN的拓扑结构中，它有两个源（source1、source2）和三个目标（DVI、HD15、S-Video）。这是一种老式显卡，可以看到接口类型都比较旧。它提供了三种输出头，但只能支持两个输出源。这样一个源（Source1）输出到DVI口，另外一个源（Source2）以克隆模式（Clone Mode）同时输出到HD15和S-Video两个口上。两个源之间则是扩展模式（External Mode）。
Path1: Source 1-> DVI Path2: Source2->HD15 Path3: Source2->S-video
三条Path组成了这个VIDPN的拓扑结构。每个Source 和Target都各有它们的mode 和mode set。在最后确定的时候，它们各自的pinned mode将被运用。
示例2
示例1中讲到一个VIDPN，两个Source对应到三个Target。那么Source和Target的数量各由什么决定的呢？从下面的图中可以清楚看到，Source的数量是由显卡内部的Codec决定的。
显卡内部因为只有两个Codec，所以它仅能提供两条Surface处理的管线（PipeLine）。这和显卡本身的处理能力有关系。但是一个被处理过的Surface却可以被轻易地输出到多个Target，这一步仅仅需要少量的硬件连线就可以实现了。所以Target的数量，取决于显卡自己的设计和定位，提供比Source数量更多的Target头也是可以的。
元素关系
MSDN用下图解释了这么多VIDPN元素之间的对应关系。
这是一张一对多和多对一的结构图。理解它们的关系很重要。总结而言，可把上面的四种关系翻译成下面的文字：
- 一个VIDPN，包含一个拓扑结构；
一个拓扑结构包含若干条Path；
每个Path中，包含一个Target和一个Source；
一个Target只能在唯一的Path中；
但一个Source可以存在于若干个Path中（Clone模式，见示例1）。
- 一个VIDPN包含多个Source Mode Set；
一个Source Mode Set由多个Source Mode组成。
- 一个VIDPN包含多个Target Mode Set；
一个Target Mode Set由多个Target Mode组成。
- 一个VIDPN包含多个Monitor source mode set；
一个Monitor source mode set由多个Monitor source mode组成。
框架接口
前文我们介绍了框架和小端口之间的关系，框架对小端口提供了强有力的支持，胜过再造的力量。这个再造的力量，源自于框架向小端口所提供的各种接口。所谓接口，其实就是框架业已实现的种种功能，而以函数形式提供给小端口驱动使用。形式上，它们被封装在若干个不同的数据结构中。
框架为小端口驱动提供的各种接口，其组织上，基本是根据VIDPN的各主要元素来划分的，下面会看到。我们会对这些接口做简单介绍，并列出接口的详细定义。
框架回调接口
框架回调接口是唯一由WDDM框架直接向小端口驱动提供的接口。其它接口都是直接或间接地，可以通过框架回调接口获取到。之所以把这个接口称为框架回调接口，因为它提供的所有函数名称，都依照DxgkCbXXX这样的格式命名。Cb是Callback的缩写。在WDDM的语境中，我们把这个接口中的所有函数，称为由框架提供的回调函数。
这个接口由DDI函数DxgkDdiStartDevice在调用的时候，作为参数传入。它的定义如下：
typedef struct _DXGKRNL_INTERFACE {
ULONG Size;
ULONG Version;
HANDLE DeviceHandle;
DXGKCB_EVAL_ACPI_METHOD DxgkCbEvalAcpiMethod;
DXGKCB_GET_DEVICE_INFORMATION DxgkCbGetDeviceInformation;
DXGKCB_INDICATE_CHILD_STATUS DxgkCbIndicateChildStatus;
DXGKCB_MAP_MEMORY DxgkCbMapMemory;
DXGKCB_QUEUE_DPC DxgkCbQueueDpc;
DXGKCB_QUERY_SERVICES DxgkCbQueryServices;
DXGKCB_READ_DEVICE_SPACE DxgkCbReadDeviceSpace;
DXGKCB_SYNCHRONIZE_EXECUTION DxgkCbSynchronizeExecution;
DXGKCB_UNMAP_MEMORY DxgkCbUnmapMemory;
DXGKCB_WRITE_DEVICE_SPACE DxgkCbWriteDeviceSpace;
DXGKCB_IS_DEVICE_PRESENT DxgkCbIsDevicePresent;
DXGKCB_GETHANDLEDATA DxgkCbGetHandleData;
DXGKCB_GETHANDLEPARENT DxgkCbGetHandleParent;
DXGKCB_ENUMHANDLECHILDREN DxgkCbEnumHandleChildren;
DXGKCB_NOTIFY_INTERRUPT DxgkCbNotifyInterrupt;
DXGKCB_NOTIFY_DPC DxgkCbNotifyDpc;
DXGKCB_QUERYVIDPNINTERFACE DxgkCbQueryVidPnInterface;
DXGKCB_QUERYMONITORINTERFACE DxgkCbQueryMonitorInterface;
DXGKCB_GETCAPTUREADDRESS DxgkCbGetCaptureAddress;
DXGKCB_LOG_ETW_EVENT DxgkCbLogEtwEvent;
DXGKCB_EXCLUDE_ADAPTER_ACCESS DxgkCbExcludeAdapterAccess;
#if DXGKDDI_INTERFACE_VERSION >= DXGKDDI_INTERFACE_VERSION_WIN8)
DXGKCB_CREATECONTEXTALLOCATION DxgkCbCreateContextAllocation;
DXGKCB_DESTROYCONTEXTALLOCATION DxgkCbDestroyContextAllocation;
DXGKCB_SETPOWERCOMPONENTACTIVE DxgkCbSetPowerComponentActive;
DXGKCB_SETPOWERCOMPONENTIDLE DxgkCbSetPowerComponentIdle;
DXGKCB_ACQUIRE_POST_DISPLAY_OWNERSHIP DxgkCbAcquirePostDisplayOwnership;
DXGKCB_POWERRUNTIMECONTROLREQUEST DxgkCbPowerRuntimeControlRequest;
DXGKCB_SETPOWERCOMPONENTLATENCY DxgkCbSetPowerComponentLatency;
DXGKCB_SETPOWERCOMPONENTRESIDENCY DxgkCbSetPowerComponentResidency;
#endif
} DXGKRNL_INTERFACE, *PDXGKRNL_INTERFACE;
VIDPN接口
这个接口用来管理VIDPN相关的操作。可通过框架回调接口中的DxgkCbQueryVidPnInterface获取到，示例代码如下：
// 函数：IsSupportedVidPn
CONST DXGK_VIDPN_INTERFACE* pVidPnInterface;
NTSTATUS Status = m_DxgkInterface.DxgkCbQueryVidPnInterface(
pIsSupportedVidPn;hDesiredVidPn, //
DXGK_VIDPN_INTERFACE_VERSION_V1,
pVidPnInterface);
结构体定义如下：
typedef struct _DXGK_VIDPN_INTERFACE {
DXGK_VIDPN_INTERFACE_VERSION Version;
DXGKDDI_VIDPN_GETTOPOLOGY pfnGetTopology;
DXGKDDI_VIDPN_ACQUIRESOURCEMODESET pfnAcquireSourceModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_RELEASESOURCEMODESET pfnReleaseSourceModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_CREATENEWSOURCEMODESET pfnCreateNewSourceModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_ASSIGNSOURCEMODESET pfnAssignSourceModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_ASSIGNMULTISAMPLINGMETHODSET pfnAssignMultisamplingMethodSet;
DXGKDDI_VIDPN_ACQUIRETARGETMODESET pfnAcquireTargetModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_RELEASETARGETMODESET pfnReleaseTargetModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_CREATENEWTARGETMODESET pfnCreateNewTargetModeSet;
DXGKDDI_VIDPN_ASSIGNTARGETMODESET pfnAssignTargetModeSet;
} DXGK_VIDPN_INTERFACE;
TOPOLOGY接口
这个接口用来管理VIDPN的拓扑结构。可以通过调用VIDPN接口的pfnGetTopology函数得到。示例代码如下：
// 函数：IsSupportedVidPn
D3DKMDT_HVIDPNTOPOLOGY hVidPnTopology;
CONST DXGK_VIDPNTOPOLOGY_INTERFACE* pVidPnTopologyInterface;
Status = pVidPnInterface->pfnGetTopology(
pIsSupportedVidPn->hDesiredVidPn,
&hVidPnTopology,
&pVidPnTopologyInterface);
结构体定义如下：
typedef struct _DXGK_VIDPNTOPOLOGY_INTERFACE {
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_GETNUMPATHS pfnGetNumPaths;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_GETNUMPATHSFROMSOURCE pfnGetNumPathsFromSource;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_ENUMPATHTARGETSFROMSOURCE pfnEnumPathTargetsFromSource;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_GETPATHSOURCEFROMTARGET pfnGetPathSourceFromTarget;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_ACQUIREPATHINFO pfnAcquirePathInfo;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_ACQUIREFIRSTPATHINFO pfnAcquireFirstPathInfo;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_ACQUIRENEXTPATHINFO pfnAcquireNextPathInfo;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_UPDATEPATHSUPPORTINFO pfnUpdatePathSupportInfo;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_RELEASEPATHINFO pfnReleasePathInfo;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_CREATENEWPATHINFO pfnCreateNewPathInfo;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_ADDPATH pfnAddPath;
DXGKDDI_VIDPNTOPOLOGY_REMOVEPATH pfnRemovePath;
} DXGK_VIDPNTOPOLOGY_INTERFACE;
SOURCE MODE SET接口
这个接口用来管理VIDPN中的Source Mode Set。可以通过调用VIDPN接口的pfnAcquireSourceModeSet函数得到。示例代码如下：
//函数：CommitVidPn
CONST DXGK_VIDPNSOURCEMODESET_INTERFACE* pVidPnSourceModeSetInterface = NULL;
Status = pVidPnInterface->pfnAcquireSourceModeSet(
pCommitVidPn->hFunctionalVidPn,
pCommitVidPn->AffectedVidPnSourceId,
&hVidPnSourceModeSet,
&pVidPnSourceModeSetInterface);
结构体定义如下：
typedef struct _DXGK_VIDPNSOURCEMODESET_INTERFACE {
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_GETNUMMODES pfnGetNumModes;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_ACQUIREFIRSTMODEINFO pfnAcquireFirstModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_ACQUIRENEXTMODEINFO pfnAcquireNextModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_ACQUIREPINNEDMODEINFO pfnAcquirePinnedModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_RELEASEMODEINFO pfnReleaseModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_CREATENEWMODEINFO pfnCreateNewModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_ADDMODE pfnAddMode;
DXGKDDI_VIDPNSOURCEMODESET_PINMODE pfnPinMode;
} DXGK_VIDPNSOURCEMODESET_INTERFACE;
TARGET MODE SET 接口
这个接口用来管理VIDPN中的Target Mode Set。可以通过调用VIDPN接口的pfnAcquireTargetModeSet函数得到。示例代码如下：
// 函数：EnumVidPnCofuncModality
CONST DXGK_VIDPNTARGETMODESET_INTERFACE* pVidPnTargetModeSetInterface = NULL;
Status = pVidPnInterface->pfnAcquireTargetModeSet(
pEnumCofuncModality->hConstrainingVidPn,
pVidPnPresentPath->VidPnTargetId,
&hVidPnTargetModeSet,
&pVidPnTargetModeSetInterface)
结构体定义如下：
typedef struct _DXGK_VIDPNTARGETMODESET_INTERFACE {
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_GETNUMMODES pfnGetNumModes;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_ACQUIREFIRSTMODEINFO pfnAcquireFirstModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_ACQUIRENEXTMODEINFO pfnAcquireNextModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_ACQUIREPINNEDMODEINFO pfnAcquirePinnedModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_RELEASEMODEINFO pfnReleaseModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_CREATENEWMODEINFO pfnCreateNewModeInfo;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_ADDMODE pfnAddMode;
DXGKDDI_VIDPNTARGETMODESET_PINMODE pfnPinMode;
} DXGK_VIDPNTARGETMODESET_INTERFACE;
MONITOR接口
除了上面这些由框架提供的常用接口外，还有一些未曾在KMDOD项目中用到的接口：
Monitor接口：DXGK_MONITOR_INTERFACE
这个接口可通过框架回调接口中的DxgkCbQueryMonitorInterface回调函数获取。通过这个接口，可以获取Monitor的Monitor Source Mode Set接口和刷新率范围。它有两个版本，版本2中增加了函数，用来获取Windows操作系统为Monitor增加的必须支持的Mode。
Monitor Source Mode Set接口：DXGK_MONITORSOURCEMODESET_INTERFACE
这个接口可通过Monitor接口中的接口函数pfnAcquireMonitorSourceModeSet获取，它提供了操作显示器Mode相关的函数。
版本历史
V1.0：2013/8/5