图形驱动程序如何以编程方式从CPU到GPU进行通信？

Question

我很想知道CPU指令如何与GPU交互。据我所知，CPU具有一定的指令（机器代码），它可以理解和执行，驱动程序是一个通过CPU与GPU通信的软件。

但这个软件如何沟通？ CPU是否包含明确告诉它与另一个设备通信的某些汇编指令？

我可以编写汇编代码或C / C ++代码与图形卡进行通信，就像驱动程序给出了一个特定的机器环境一样吗？

Answer 1

与PC上的任何硬件设备一样，图形卡将响应对某些存储器地址以及可能的输入/输出端口的读写操作。 PCI总线定义了如何分配它们。

没有特定的CPU指令可以与显卡通信，在写入内存位置的情况下，它只使用普通指令来执行此操作，而在端口IO的情况下，它只使用通用指令来执行此操作。在这两种情况下，都需要一些CPU设置来将内存位置“映射”到虚拟地址空间或允许访问端口。

例如，可以将对存储器位置1234567的写入指向图形卡以指示对其的命令。 （当然这只是一个例子） 你当然可以编写自己的驱动程序来做到这一点，但是你必须确切地知道卡所期望的不同之处，这通常只是制造商知道的秘密，并且他们在驱动程序软件中实现它。有些卡比其他卡有更好的记录，有些卡已部分逆向工程。

Answer 2

是的，内存地址映射到计算机系统中的每个设备。基本的是，如果您写入映射到设备的某个内存区域，则会写入设备。为此，设备具有映射到主存储器的特定寄存器和其他可编程空间。使用这些寄存器可以根据情况配置GPU等设备。最后，对于巨大的数据传输，GPU显然使用了DMA传输，因此一旦启动DMA传输，它就可以在没有CPU干预的情况下工作。

所以底线是，为了与GPU或其他硬件设备进行通信，您需要研究安装GPU的系统架构，因为最终系统软件在安装GPU的系统中后退，负责所有类型的内存映射和分配。

Answer 3

视频卡不比计算机内部或外部的任何其他项目更神奇。您是如何阅读此网页的，至少有两台计算机通过接口（以太网/互联网）相互通信。内存，pcie（视频，硬盘，USB等），usb（鼠标，键盘等），网络都通过最终连接到cpu外部接口（内存总线）的接口连接到主cpu缺乏一个更好的术语）。

我们认为这些设备中的许多都是纯粹的逻辑，并且当您写入路由到该外设的某个地址时，似乎有意义，地址和数据告诉该blob逻辑执行某些操作。但就像在一台由其他计算机提供的计算机上阅读此网页一样，它不一定是纯逻辑，只需要一个界面来移动数据。不仅是gpu而且计算机中的许多其他东西都有处理器，网络接口可能，鼠标和键盘可能都有，硬盘最有可能，而且我们现在知道笔记本电脑上的电池组有一个固件处理器好吧（mac battery感染了病毒，在重新安装后重新感染计算机）。

没有魔力。在计算机中的这些其他处理器上运行的软件/固件与逻辑没有什么不同，他们的工作的一部分是等待来自主cpu的命令来执行操作。鼠标请给我按钮状态。 Gpu请给我画一个三角形。

视频的cpu中没有特殊的汇编语言指令。 cpu不知道墙上一个洞的视频卡，驱动程序知道/确定它知道如何通话的视频卡的地址空间，通过该地址空间写入告诉视频卡所需的数据值的东西。画一个三角形可能涉及几个数据项，毫无疑问是三个角坐标，也许是填充颜色或是直线，这可能只是与该外围设备的通信接口定义的一部分。

这里没有魔力，如果你想让别人为你做点什么，你会提供他们要做的事情清单，以他们能理解的方式进行交流（去123大街，敲响门铃，告诉那个人你会得到两张有关今晚演出票的答案，给他们这笔钱，随着更改和门票返回），硬件更容易，因为通讯接口已经为该外围设备定义良好。

Answer 4

除了上述答案外，CPU还通过发送变量（内存地址）来与GPU进行接触并与之打交道，因为在GPU内部具有含义的值还会执行图形API（OpenGL，Vulkan ...）需要执行的调用，这些API通常用于与GPU交互，通过许多步骤来实现硬件加速的渲染（如果用于渲染而不是GPGPU情况），其中一个基础就是渲染管道。

Answer 5

作为Von Neumann架构，内存总线是硬件系统的核心。每个设备都与内存总线通信，包括CPU。

让我们看一下CPU，它只能对内存总线发出基本的读/写操作，还有一些额外的操作，比如锁/屏障。

其他设备也是如此，例如，GPU可以通过PCI接口通过DMA读/写主存储器; GPU还将一些寄存器映射到主总线，写入寄存器映射的特定地址可以发出特定命令。

通常，所有设备都通过主存储器总线相互通信。

但另外，CPU也有一个中断接口，这是不可能的。