用于虚拟化的图形处理器的有效本地显示共享的装置和方法

摘要

一种用于实现虚拟显示器的装置和方法。例如，图形处理装置的一个实施例包括：主机执行电路，用于执行指令以实现主机并用于执行虚拟化指令以实现包括多个虚拟机(VM)的虚拟化执行环境；图形执行电路，用于执行图形指令以代表每个VM渲染帧缓冲器，每个帧缓冲器与虚拟功能(VF)相关联；以及显示引擎，包括一个或多个显示管道和多个显示平面；其中动态映射将被执行以将帧缓冲器中的一个或多个与显示平面中的一个或多个相关联，动态映射包括生成具有由主机的物理功能(PF)用于更新一个或多个显示平面所需的帧缓冲器信息的帧缓冲器对象。

说明书

背景技术

技术领域

本发明总体上涉及图形处理器领域。更具体地，本发明涉及用于有效本地显示共享的装置和方法。

背景技术

单根I/O虚拟化(SR-IOV)规范提供了一种通过定义虚拟化PCIe设备以在PCIe总线上暴露一个物理功能(PF)和若干虚拟功能(VF)来实现硬件虚拟化图形处理单元(例如，GPU)的方式。

这些VF可以继承物理GPU的相同图形能力，从而允许每一个VF都完全能够支持GPU的图形功能和显示。通过PF，系统软件控制VF的启用和访问权限。

在汽车市场中，单个SoC合并了显示安全度量(例如速度、扭矩等)的安全关键性数字仪表板以及显示信息娱乐应用的一些车载信息娱乐(IVI)系统，需要提供具有VF的宾客VM，该VM可以直接驱动分配给该VF的显示资源，以便以较低的开销实现最佳的显示性能。

附图说明

结合以下附图，从以下具体实施方式可获得对本发明更好的理解，其中：

图1是具有处理器的计算机系统的实施例的框图，该处理器具有一个或多个处理器核和图形处理器；

图2是处理器的一个实施例的框图，该处理器具有一个或多个处理器核、集成存储器控制器以及集成图形处理器；

图3是图形处理器的一个实施例的框图，该图形处理器可以是分立的图形处理单元，或者可以是与多个处理核集成的图形处理器；

图4是用于图形处理器的图形处理引擎的实施例的框图；

图5是图形处理器的另一实施例的框图；

图6A-图6B是包括处理元件的阵列的线程执行逻辑的框图；

图7图示根据实施例的图形处理器执行单元指令格式；

图8是图形处理器的另一实施例的框图，该图形处理器包括图形流水线、媒体流水线、显示引擎、线程执行逻辑以及渲染输出流水线；

图9A是图示根据实施例的图形处理器命令格式的框图；

图9B是图示根据实施例的图形处理器命令序列的框图；

图10图示根据实施例的用于数据处理系统的示例性图形软件架构；

图11A-图11B图示根据实施例的可用于制造集成电路以执行操作的示例性IP核开发系统；

图12图示根据实施例的可使用一个或多个IP核来制造的示例性芯片上系统集成电路；

图13A-图13B图示可使用一个或多个IP核来制造的芯片上系统集成电路的示例性图形处理器；

图14A-图14B图示可使用一个或多个IP核来制造的芯片上系统集成电路的附加示例性图形处理器；

图15图示用于图形虚拟化的宾客/主机布置的示例；

图16图示使用翻页(page flip)操作的图形虚拟化环境的一个实施例；

图17图示在一个实施例中使用的不同类型的显示信息；

图18图示示例的虚拟显示管道和平面、虚拟编码器和虚拟连接器；

图19图示帧缓冲器描述符页表条目和页面的一个实施例；

图20图示采用后端服务和远程协议服务器的特定图形虚拟化实施例；

图21图示包括多个平面和显示管道的显示引擎的示例；

图22图示包括多个平面和显示管道的显示引擎的另一示例；

图23图示与图形虚拟化系统中的不恰当的管道控制相关联的问题；

图24图示本发明的一个实施例，其中收集帧缓冲器信息以执行图形虚拟化；

图25图示实施例，其中主机物理功能使用解码的帧缓冲器信息来执行显示引擎更新和显示平面更新；以及

图26图示根据本发明的一个实施例的方法。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对下文所描述的本发明的实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些特定细节中的一些细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，以框图形式示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例的基本原理变得模糊。

示例性图形处理器架构和数据类型

图1是根据实施例的处理系统100的框图。在各种实施例中，系统100包括一个或多个处理器102以及一个或多个图形处理器108，并且可以是单处理器台式机系统、多处理器工作站系统或具有大量处理器102或处理器核107的服务器系统。在一个实施例中，系统100是被并入在用于在移动设备、手持式设备或嵌入式设备中使用的芯片上系统(SoC)集成电路内的处理平台。

在一个实施例中，系统100可包括以下各项或可并入在以下各项内：基于服务器的游戏平台、包括游戏和媒体控制台的游戏控制台、移动游戏控制台、手持式游戏控制台或在线游戏控制台。在一些实施例中，系统100是移动电话、智能电话、平板计算设备或移动互联网设备。处理系统100还可包括可穿戴设备，可与可穿戴设备耦合或可集成在可穿戴设备内，该可穿戴设备诸如，智能手表可穿戴设备、智能眼镜设备、增强现实设备或虚拟现实设备。在一些实施例中，处理系统100是电视机或机顶盒设备，该电视机或机顶盒设备具有一个或多个处理器102以及由一个或多个图形处理器108生成的图形界面。

在一些实施例中，一个或多个处理器102各自都包括用于处理器指令的一个或多个处理器核107，这些指令当被执行时，执行用于系统和用户软件的操作。在一些实施例中，一个或多个处理器核107中的每一个被配置成处理特定的指令集109。在一些实施例中，指令集109可促进复杂指令集计算(CISC)、精简指令集计算(RISC)或经由超长指令字(VLIW)的计算。多个处理器核107可各自处理不同的指令集109，不同的指令集109可包括用于促进对其他指令集的仿真的指令。处理器核107也可包括其他处理设备，诸如，数字信号处理器(DSP)。

在一些实施例中，处理器102包括高速缓存存储器104。取决于架构，处理器102可具有单个内部高速缓存或多级的内部高速缓存。在一些实施例中，高速缓存存储器在处理器102的各种组件之间被共享。在一些实施例中，处理器102也使用外部高速缓存(例如，第3级(L3)高速缓存或末级高速缓存(LLC))(未示出)，可使用已知的高速缓存一致性技术在处理器核107之间共享该外部高速缓存。寄存器堆106被附加地包括在处理器102中，寄存器堆106可包括用于存储不同类型的数据的不同类型的寄存器(例如，整数寄存器、浮点寄存器、状态寄存器以及指令指针寄存器)。一些寄存器可以是通用寄存器，而其他寄存器可专用于处理器102的设计。

在一些实施例中，一个或多个处理器102与一个或多个接口总线110耦合，以在处理器102与系统100中的其他组件之间传输通信信号，诸如，地址、数据、或控制信号。在一个实施例中，接口总线110可以是处理器总线，诸如，直接媒体接口(DMI)总线的某个版本。然而，处理器总线不限于DMI总线，并且可包括一个或多个外围组件互连总线(例如，PCI、PCIExpress)、存储器总线或其他类型的接口总线。在一个实施例中，(多个)处理器102包括集成存储器控制器116和平台控制器中枢130。存储器控制器116促进存储器设备与系统100的其他组件之间的通信，而平台控制器中枢(PCH)130提供经由本地I/O总线至I/O设备的连接。

存储器设备120可以是动态随机存取存储器(DRAM)设备、静态随机存取存储器(SRAM)设备、闪存设备、相变存储器设备、或具有适当的性能以充当进程存储器的某个其他存储器设备。在一个实施例中，存储器设备120可以作为用于系统100的系统存储器来操作，以存储数据122和指令121供在一个或多个处理器102执行应用或进程时使用。存储器控制器116也与任选的外部图形处理器112耦合，该任选的外部图形处理器112可与处理器102中的一个或多个图形处理器108通信以执行图形操作和媒体操作。在一些实施例中，显示设备111可以连接至(多个)处理器102。显示设备111可以是以下各项中的一项或多项：内部显示设备，如在移动电子设备或膝上型设备中；或经由显示接口(例如，显示端口等)附接的外部显示设备。在一个实施例中，显示设备111可以是头戴式显示器(HMD)，诸如，用于在虚拟现实(VR)应用或增强现实(AR)应用中使用的立体显示设备。

在一些实施例中，平台控制器中枢130使外围设备能够经由高速I/O总线而连接至存储器设备120和处理器102。I/O外围设备包括但不限于音频控制器146、网络控制器134、固件接口128、无线收发器126、触摸传感器125、数据存储设备124(例如，硬盘驱动器、闪存等)。数据存储设备124可以经由存储接口(例如，SATA)或经由如外围组件互连总线(例如，PCI、PCI Express)之类的外围总线来进行连接。触摸传感器125可以包括触摸屏传感器、压力传感器、或指纹传感器。无线收发器126可以是Wi-Fi收发器、蓝牙收发器、或移动网络收发器，该移动网络收发器诸如3G、4G、或长期演进(LTE)收发器。固件接口128使得能够与系统固件进行通信，并且可以例如是统一可扩展固件接口(UEFI)。网络控制器134可启用到有线网络的网络连接。在一些实施例中，高性能网络控制器(未示出)与接口总线110耦合。在一个实施例中，音频控制器146是多声道高清音频控制器。在一个实施例中，系统100包括用于将传统(例如，个人系统2(PS/2))设备耦合至系统的任选的传统I/O控制器140。平台控制器中枢130还可以连接至一个或多个通用串行总线(USB)控制器142连接输入设备，诸如，键盘和鼠标143组合、相机144、或其他USB输入设备。

将会理解，所示的系统100是示例性的而非限制性的，因为也可以使用以不同方式配置的其他类型的数据处理系统。例如，存储器控制器116和平台控制器中枢130的实例可以集成到分立的外部图形处理器中，该分立的外部图形处理器诸如外部图形处理器112。在一个实施例中，平台控制器中枢130和/或存储器控制器116可以在一个或多个处理器102外部。例如，系统100可包括外部存储器控制器116和平台控制器中枢130，该外部存储器控制器116和平台控制器中枢130可以被配置为在与(多个)处理器102通信的系统芯片组内的存储器控制器中枢和外围控制器中枢。

图2是处理器200的实施例的框图，该处理器200具有一个或多个处理器核202A-202N、集成存储器控制器214以及集成图形处理器208。图2的具有与本文中的任何其他附图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件能以类似于本文中其他地方描述的任何方式操作或起作用，但不限于此。处理器200可包括附加的核，这些附加的核多至由虚线框表示的附加核202N并包括由虚线框表示的附加核202N。处理器核202A-202N中的每一个包括一个或多个内部高速缓存单元204A-204N。在一些实施例中，每一个处理器核也具有对一个或多个共享高速缓存单元206的访问权。

内部高速缓存单元204A-204N和共享高速缓存单元206表示处理器200内的高速缓存存储器层级结构。高速缓存存储器层级结构可包括每个处理器核内的至少一个级别的指令和数据高速缓存以及一级或多级共享的中级高速缓存，诸如，第2级(L2)、第3级(L3)、第4级(L4)、或其他级别的高速缓存，其中，在外部存储器之前的最高级别的高速缓存被分类为LLC。在一些实施例中，高速缓存一致性逻辑维持各高速缓存单元206与204A-204N之间的一致性。

在一些实施例中，处理器200还可包括一个或多个总线控制器单元的集合216和系统代理核210。一个或多个总线控制器单元216管理外围总线的集合，诸如，一个或多个PCI总线或PCI Express总线。系统代理核210提供对各处理器组件的管理功能。在一些实施例中，系统代理核210包括用于管理对各种外部存储器设备(未示出)的访问的一个或多个集成存储器控制器214。

在一些实施例中，处理器核202A-202N中的一个或多个处理器核包括对同步多线程的支持。在此类实施例中，系统代理核210包括用于在多线程处理期间协调并操作核202A-202N的组件。系统代理核210可附加地包括功率控制单元(PCU)，该功率控制单元包括用于调节处理器核202A-202N和图形处理器208的功率状态的逻辑和组件。

在一些实施例中，处理器200附加地包括用于执行图形处理操作的图形处理器208。在一些实施例中，图形处理器208与共享高速缓存单元的集合206以及与系统代理核210耦合，该系统代理核210包括一个或多个集成存储器控制器214。在一些实施例中，系统代理核210还包括用于将图形处理器输出驱动到一个或多个经耦合的显示器的显示控制器211。在一些实施例中，显示控制器211还可以是经由至少一个互连与图形处理器耦合的单独模块，或者可以集成在图形处理器208内。

在一些实施例中，基于环的互连单元212用于耦合处理器200的内部组件。然而，可以使用替代的互连单元，诸如，点到点互连、交换式互连、或其他技术，包括本领域中公知的技术。在一些实施例中，图形处理器208经由I/O链路213与环形互连212耦合。

示例性I/O链路213表示多个各种各样的I/O互连中的至少一种，包括促进各处理器组件与高性能嵌入式存储器模块218(诸如，eDRAM模块)之间的通信的封装上I/O互连。在一些实施例中，处理器核202A-202N中的每个处理器核以及图形处理器208可将嵌入式存储器模块218用作共享的末级高速缓存。

在一些实施例中，处理器核202A-202N是执行相同指令集架构的同构核。在另一实施例中，处理器核202A-202N在指令集架构(ISA)方面是异构的，其中，处理器核202A-202N中的一个或多个执行第一指令集，而其他核中的至少一个执行第一指令集的子集或不同的指令集。在一个实施例中，处理器核202A-202N在微架构方面是异构的，其中，具有相对较高功耗的一个或多个核与具有较低功耗的一个或多个功率核耦合。此外，处理器200可实现在一个或多个芯片上，或者除其他组件之外还被实现为具有所示出的组件的SoC集成电路。

图3是图形处理器300的框图，该图形处理器300可以是分立的图形处理单元，或可以是与多个处理核集成的图形处理器。在一些实施例中，图形处理器经由到图形处理器上的寄存器的存储器映射的I/O接口并且利用被放置到处理器存储器中的命令进行通信。在一些实施例中，图形处理器300包括用于访问存储器的存储器接口314。存储器接口314可以是到本地存储器、一个或多个内部高速缓存、一个或多个共享的外部高速缓存、和/或系统存储器的接口。

在一些实施例中，图形处理器300还包括显示控制器302，该显示控制器302用于将显示输出数据驱动到显示设备320。显示控制器302包括用于显示器的一个或多个叠加平面以及多层的视频或用户界面元素的合成的硬件。显示设备320可以是内部或外部显示设备。在一个实施例中，显示设备320是头戴式显示设备，诸如，虚拟现实(VR)显示设备或增强现实(AR)显示设备。在一些实施例中，图形处理器300包括用于将媒体编码到一种或多种媒体编码格式，从一种或多种媒体编码格式对媒体解码，或在一种或多种媒体编码格式之间对媒体转码的视频编解码器引擎306，这一种或多种媒体编码格式包括但不限于：移动图像专家组(MPEG)格式(诸如，MPEG-2)、高级视频译码(AVC)格式(诸如，H.264/MPEG-4 AVC以及电影和电视工程师协会(SMPTE)421M/VC-1、和联合图像专家组(JPEG)格式(诸如，JPEG、以及运动JPEG(MJPEG)格式)。

在一些实施例中，图形处理器300包括块图像传送(BLIT)引擎304，用于执行二维(2D)栅格化器操作，包括例如，位边界块传送。然而，在一个实施例中，使用图形处理引擎(GPE)310的一个或多个组件执行2D图形操作。在一些实施例中，GPE 310是用于执行图形操作的计算引擎，这些图形操作包括三维(3D)图形操作和媒体操作。

在一些实施例中，GPE 310包括用于执行3D操作的3D流水线312，3D操作诸如，使用作用于3D基元形状(例如，矩形、三角形等)的处理函数来渲染三维图像和场景。3D流水线312包括可编程和固定功能元件，该可编程和固定功能元件执行到3D/媒体子系统315的元件和/或所生成的执行线程内的各种任务。虽然3D流水线312可用于执行媒体操作，但是GPE310的实施例还包括媒体流水线316，该媒体流水线316专门用于执行媒体操作，诸如，视频后处理和图像增强。

在一些实施例中，媒体流水线316包括固定功能或可编程逻辑单元用于代替、或代表视频编解码器引擎306来执行一个或多个专业的媒体操作，诸如，视频解码加速、视频去隔行、以及视频编码加速。在一些实施例中，媒体流水线316附加地包括线程生成单元以生成用于在3D/媒体子系统315上执行的线程。所生成的线程在3D/媒体子系统315中所包括的一个或多个图形执行单元上执行对媒体操作的计算。

在一些实施例中，3D/媒体子系统315包括用于执行由3D流水线312和媒体流水线316生成的线程的逻辑。在一个实施例中，流水线向3D/媒体子系统315发送线程执行请求，该3D/媒体子系统315包括用于对于对可用的线程执行资源的各种请求进行仲裁和分派的线程分派逻辑。执行资源包括用于处理3D线程和媒体线程的图形执行单元的阵列。在一些实施例中，3D/媒体子系统315包括用于线程指令和数据的一个或多个内部高速缓存。在一些实施例中，该子系统还包括用于在线程之间共享数据并用于存储输出数据的共享存储器，其包括寄存器和可寻址存储器。

图4是根据一些实施例的图形处理器的图形处理引擎410的框图。在一个实施例中，图形处理引擎(GPE)410是图3中示出的GPE 310的某个版本。图4的具有与本文中的任何其他附图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件能以类似于本文中其他地方描述的任何方式操作或起作用，但不限于此。例如，示出图3的3D流水线312和媒体流水线316。媒体流水线316在GPE 410的一些实施例中是任选的，并且可以不被显式地包括在GPE 410内。例如并且在至少一个实施例中，单独的媒体和/或图像处理器被耦合至GPE 410。

在一些实施例中，GPE 410与命令流转化器403耦合或包括命令流转化器403，该命令流转化器403将命令流提供给3D流水线312和/或媒体流水线316。在一些实施例中，命令流转化器403与存储器耦合，该存储器可以是系统存储器、或内部高速缓存存储器和共享高速缓存存储器中的一个或多个。在一些实施例中，命令流转化器403从存储器接收命令，并将这些命令发送至3D流水线312和/或媒体流水线316。这些命令是从环形缓冲器取出的指示，该环形缓冲器存储用于3D流水线312和媒体流水线316的命令。在一个实施例中，环形缓冲器可附加地包括存储批量的多个命令的批量命令缓冲器。用于3D流水线312的命令还可包括对存储在存储器中的数据的引用，这些数据诸如但不限于用于3D流水线312的顶点数据和几何数据和/或用于媒体流水线316的图像数据和存储器对象。3D流水线312和媒体流水线316通过经由各自流水线内的逻辑执行操作或者通过将一个或多个执行线程分派至图形核阵列414来处理命令和数据。在一个实施例中，图形核阵列414包括一个或多个图形核(例如，(多个)图形核415A、(多个)图形核415B)的块，每个块包括一个或多个图形核。每个图形核包括图形执行资源的集合，该图形执行资源的集合包括：用于执行图形操作和计算操作的通用执行逻辑和图形专用执行逻辑；以及固定功能纹理处理逻辑和/或机器学习和人工智能加速逻辑。

在各实施例中，3D流水线312包括用于通过处理指令以及将执行线程分派到图形核阵列414来处理一个或多个着色器程序的固定功能和可编程逻辑，这一个或多个着色器程序诸如，顶点着色器、几何着色器、像素着色器、片段着色器、计算着色器、或其他着色器程序。图形核阵列414提供统一的执行资源块供在处理这些着色器程序时使用。图形核阵列414的(多个)图形核415A-415B内的多功能执行逻辑(例如，执行单元)包括对各种3D API着色器语言的支持，并且可执行与多个着色器相关联的多个同步执行线程。

在一些实施例中，图形核阵列414还包括用于执行诸如视频和/或图像处理的媒体功能的执行逻辑。在一个实施例中，执行单元附加地包括通用逻辑，该通用逻辑可编程以便除了执行图形处理操作之外还执行并行通用计算操作。通用逻辑可与图1的(多个)处理器核107或图2中的核202A-202N内的通用逻辑并行地或结合地执行处理操作。

由在图形核阵列414上执行的线程生成的输出数据可以将数据输出到统一返回缓冲器(URB)418中的存储器。URB 418可以存储用于多个线程的数据。在一些实施例中，URB418可用于在图形核阵列414上执行的不同线程之间发送数据。在一些实施例中，URB 418可附加地用于在图形核阵列上的线程与共享功能逻辑420内的固定功能逻辑之间的同步。

在一些实施例中，图形核阵列414是可缩放的，使得阵列包括可变数量的图形核，每个图形核都具有基于GPE 410的目标功率和性能等级的可变数量的执行单元。在一个实施例中，执行资源是动态可缩放的，使得可以根据需要启用或禁用执行资源。

图形核阵列414与共享功能逻辑420耦合，该共享功能逻辑420包括在图形核阵列中的图形核之间被共享的多个资源。共享功能逻辑420内的共享功能是向图形核阵列414提供专业的补充功能的硬件逻辑单元。在各实施例中，共享功能逻辑420包括但不限于采样器逻辑421、数学逻辑422和线程间通信(ITC)逻辑423。另外，一些实施例在共享功能逻辑420内实现一个或多个高速缓存425。

在对于给定的专业功能的需求不足以包括在图形核阵列414中的情况下实现共享功能。相反，那个专业功能的单个实例化被实现为共享功能逻辑420中的独立实体，并且在图形核阵列414内的执行资源之间被共享。在图形核阵列414之间被共享并被包括在图形核阵列414内的确切的功能集因实施例而异。在一些实施例中，共享功能逻辑420内的由图形核阵列414广泛使用的特定共享功能可被包括在图形核阵列414内的共享功能逻辑416内。在各实施例中，图形核阵列414内的共享功能逻辑416可包括共享功能逻辑420内的一些或所有逻辑。在一个实施例中，共享功能逻辑420内的所有逻辑元件可以在图形核阵列414的共享功能逻辑416内被复制。在一个实施例中，共享功能逻辑420被排除以有利于图形核阵列414内的共享功能逻辑416。

图5是根据本文中所描述的一些实施例的图形处理器核500的硬件逻辑的框图。图5的具有与本文中的任何其他附图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件能以类似于本文中其他地方描述的任何方式操作或起作用，但不限于此。在一些实施例中，所示出的图形处理器核500被包括在图4的图形核阵列414内。该图形处理器核500(有时称为核切片)可以是模块化图形处理器内的一个或多个图形核。图形处理器核500的示例是一个图形核切片，并且基于目标功率包络和性能包络，如本文中所描述的图形处理器可以包括多个图形核切片。每个图形处理器核500可包括固定功能块530，该固定功能块530与多个子核501A-501F(也称为子切片)耦合，多个子核501A-501F包括模块化的通用和固定功能逻辑的块。

在一些实施例中，固定功能块530包括几何/固定功能流水线536，该几何/固定功能流水线536例如在较低性能和/或较低功率的图形处理器实现中可由图形处理器核500中的所有子核共享。在各实施例中，几何/固定功能流水线536包括3D固定功能流水线(例如，图3和图4中的3D流水线312)、视频前端单元、线程生成器和线程分派器、以及统一返回缓冲器管理器，该统一返回缓冲器管理器管理统一返回缓冲器，诸如，在图4的统一返回缓冲器418。

在一个实施例中，固定功能块530还包括图形SoC接口537、图形微控制器538和媒体流水线539。图形SoC接口537提供图形处理器核500与芯片上系统集成电路内的其他处理器核之间的接口。图形微控制器538是可配置成管理图形处理器核500的各种功能的可编程子处理器，这些功能包括线程分派、调度和抢占。媒体流水线539(例如，图3和图4的媒体流水线316)包括用于促进对包括图像数据和视频数据的多媒体数据进行解码、编码、预处理和/或后处理的逻辑。媒体流水线539经由对子核501A-501F内的计算或采样逻辑的请求来实现媒体操作。

在一个实施例中，SoC接口537使图形处理器核500能够与通用应用处理器核(例如，CPU)和/或SoC内的其他组件进行通信，其他组件包括诸如共享的末级高速缓存存储器的存储器层级结构元件、系统RAM、和/或嵌入式芯片上或封装上DRAM。SoC接口537还可启用与SoC内的诸如相机成像流水线的固定功能设备的通信，并且启用全局存储器原子性的使用和/或实现全局存储器原子性，该全局存储器原子性可在图形处理器核500与SoC内的CPU之间被共享。SoC接口537还可实现针对图形处理器核500的功率管理控制，并且启用图形核500的时钟域与SoC内的其他时钟域之间的接口。在一个实施例中，SoC接口537使得能够从命令流转化器和全局线程分派器接收命令缓冲器，该命令流转化器和全局线程分派器被配置成将命令和指令提供给图形处理器内的一个或多个图形核中的每一个图形核。当媒体操作将要执行时，这些命令和指令可以被分派给媒体流水线539，或者当图形处理操作将要执行时，这些命令和指令可以被分派给几何和固定功能流水线(例如，几何和固定功能流水线536、几何和固定功能流水线514)。

图形微控制器538可被配置成执行针对图形处理器核500的各种调度任务和管理任务。在一个实施例中，图形微控制器538可对子核501A-501F内的执行单元(EU)阵列502A-502F、504A-504F内的各个图形并行引擎执行图形和/或计算工作负载调度。在该调度模型中，在包括图形处理器核500的SoC的CPU核上执行的主机软件可以经由多个图形处理器门铃(doorbell)中的一个图形处理器门铃来提交工作负载，这调用了对适当的图形引擎的调度操作。调度操作包括：确定接下来要运行哪个工作负载，将工作负载提交到命令流转化器，抢占在引擎上运行的现有工作负载，监测工作负载的进度，以及当工作负载完成时通知主机软件。在一个实施例中，图形微控制器538还可促进图形处理器核500的低功率或空闲状态，从而向图形处理器核500提供独立于操作系统和/或系统上的图形驱动器软件跨低功率状态转变来保存和恢复图形处理器核500内的寄存器的能力。

图形处理器核500可具有多于或少于所示出的子核501A-501F，多达N个模块化子核。对于每组N个子核，图形处理器核500还可包括共享功能逻辑510、共享和/或高速缓存存储器512、几何/固定功能流水线514、以及用于加速各种图形和计算处理操作的附加的固定功能逻辑516。共享功能逻辑510可以包括与可由图形处理器核500内的每N个子核共享的、与图4的共享功能逻辑420(例如，采样器逻辑、数学逻辑、和/或线程间通信逻辑)相关联的逻辑单元。共享和/或高速缓存存储器512可以是用于图形处理器核500内的N个子核的集合501A-501F的末级高速缓存，并且还可以充当可由多个子核访问的共享存储器。几何/固定功能流水线514而不是几何/固定功能流水线536可被包括在固定功能块530内，并且几何/固定功能流水线514可包括相同或类似的逻辑单元。

在一个实施例中，图形处理器核500包括附加的固定功能逻辑516，该附加的固定功能逻辑516可包括供由图形处理器核500使用的各种固定功能加速逻辑。在一个实施例中，附加的固定功能逻辑516包括供在仅位置着色中使用的附加的几何流水线。在仅位置着色中，存在两个几何流水线：几何/固定功能流水线516、536内的完全几何流水线；以及剔除流水线，其是可被包括在附加的固定功能逻辑516内的附加的几何流水线。在一个实施例中，剔除流水线是完全几何流水线的精简版本。完全流水线和剔除流水线可以执行同一应用的不同实例，每个实例具有单独的上下文。仅位置着色可以隐藏被丢弃三角形的长剔除运行，从而在一些实例中使得能够更早地完成着色。例如并且在一个实施例中，附加的固定功能逻辑516内的剔除流水线逻辑可以与主应用并行地执行位置着色器，并且通常比完全流水线更快地生成关键结果，因为剔除流水线仅取出顶点的位置属性并对顶点的位置属性进行着色，而不向帧缓冲器执行对像素的栅格化和渲染。剔除流水线可以使用所生成的关键结果来计算所有三角形的可见性信息，而无需考虑那些三角形是否被剔除。完全流水线(其在本实例中可以被称为重放(replay)流水线)可以消耗该可见性信息以跳过被剔除的三角形，从而仅对最终被传递到栅格化阶段的可见的三角形进行着色。

在一个实施例中，附加的固定功能逻辑516还可包括机器学习加速逻辑，诸如，固定功能矩阵乘法逻辑，该机器学习加速逻辑用于包括针对机器学习训练或推断的优化的实现方式。

在每个图形子核501A-501F内包括可用于响应于由图形流水线、媒体流水线、或着色器程序作出的请求而执行图形操作、媒体操作和计算操作的执行资源的集合。图形子核501A-501F包括：多个EU阵列502A-502F、504A-504F；线程分派和线程间通信(TD/IC)逻辑503A-503F；3D(例如，纹理)采样器505A-505F；媒体采样器506A-506F；着色器处理器507A-507F；以及共享的本地存储器(SLM)508A-508F。EU阵列502A-502F、504A-504F各自包括多个执行单元，这些执行单元是能够执行浮点和整数/定点逻辑操作以服务于图形操作、媒体操作或计算操作(包括图形程序、媒体程序或计算着色器程序)的通用图形处理单元。TD/IC逻辑503A-503F执行针对子核内的执行单元的本地线程分派和线程控制操作，并且促进在子核的执行单元上执行的线程之间的通信。3D采样器505A-505F可将纹理或其他3D图形相关的数据读取到存储器中。3D采样器可以基于所配置的样本状态以及与给定纹理相关联的纹理格式以不同方式读取纹理数据。媒体采样器506A-506F可基于与媒体数据相关联的类型和格式来执行类似的读取操作。在一个实施例中，每个图形子核501A-501F可以交替地包括统一3D和媒体采样器。在子核501A-501F中的每一个子核内的执行单元上执行的线程可利用每个子核内的共享的本地存储器508A-508F，以使在线程组内执行的线程能够使用芯片上存储器的公共池来执行。

图6A-图6B示出根据本文中所描述的实施例的线程执行逻辑600，该线程执行逻辑600包括在图形处理器核中采用的处理元件的阵列。图6A-图6B的具有与本文中的任何其他附图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件能以类似于本文中其他地方描述的任何方式操作或起作用，但不限于此。图6A示出线程执行逻辑600的概览，该线程执行逻辑600可包括以图5中的每个子核501A-501F示出的硬件逻辑的变体。图6B示出执行单元的示例性内部细节。

如在图6A中所示出，在一些实施例中，线程执行逻辑600包括着色器处理器602、线程分派器604、指令高速缓存606、包括多个执行单元608A-608N的可缩放执行单元阵列、采样器610、数据高速缓存612、以及数据端口614。在一个实施例中，可缩放执行单元阵列可通过基于工作负载的计算要求启用或禁用一个或多个执行单元(例如，执行单元608A、608B、608C、608D，一直到608N-1和608N中的任一个)来动态地缩放。在一个实施例中，所包括的组件经由互连结构而互连，该互连结构链接到组件中的每个组件。在一些实施例中，线程执行逻辑600包括通过指令高速缓存606、数据端口614、采样器610、以及执行单元608A-608N中的一个或多个到存储器(诸如，系统存储器或高速缓存存储器)的一个或多个连接。在一些实施例中，每个执行单元(例如，608A)是能够执行多个同步硬件线程同时针对每个线程并行地处理多个数据元素的独立式可编程通用计算单元。在各实施例中，执行单元608A-608N的阵列是可缩放的以包括任何数量的单独的执行单元。

在一些实施例中，执行单元608A-608N主要用于执行着色器程序。着色器处理器602可处理各种着色器程序，并且可经由线程分派器604分派与着色器程序相关联的执行线程。在一个实施例中，线程分派器包括用于对来自图形流水线和媒体流水线的线程发起请求进行仲裁并在执行单元608A-608N中的一个或多个执行单元上实例化所请求的线程的逻辑。例如，几何流水线可将顶点着色器、曲面细分着色器或几何着色器分派到线程执行逻辑以用于处理。在一些实施例中，线程分派器604还可处理来自执行的着色器程序的运行时线程生成请求。

在一些实施例中，执行单元608A-608N支持包括对许多标准3D图形着色器指令的原生支持的指令集，使得以最小的转换执行来自图形库(例如，Direct 3D和OpenGL)的着色器程序。这些执行单元支持顶点和几何处理(例如，顶点程序、几何程序、顶点着色器)、像素处理(例如，像素着色器、片段着色器)以及通用处理(例如，计算和媒体着色器)。执行单元608A-608N中的每个执行单元都能够进行多发布单指令多数据(SIMD)执行，并且多线程操作在面对较高等待时间的存储器访问时启用高效的执行环境。每个执行单元内的每个硬件线程都具有专用的高带宽寄存器堆和相关的独立线程状态。对于能够进行整数操作、单精度浮点操作和双精度浮点操作、能够具有SIMD分支能力、能够进行逻辑操作、能够进行超越操作和能够进行其他混杂操作的流水线，执行针对每个时钟是多发布的。在等待来自存储器或共享功能中的一个共享功能的数据时，执行单元608A-608N内的依赖性逻辑使等待的线程休眠，直到所请求的数据已返回。当等待的线程正在休眠时，硬件资源可致力于处理其他线程。例如，在与顶点着色器操作相关联的延迟期间，执行单元可以执行针对像素着色器、片段着色器或包括不同顶点着色器的另一类型的着色器程序的操作。

执行单元608A-608N中的每个执行单元对数据元素的数组进行操作。数据元素的数量是“执行尺寸”、或用于指令的通道数量。执行通道是用于数据元素访问、掩码、和指令内的流控制的执行的逻辑单元。通道的数量可独立于用于特定图形处理器的物理算术逻辑单元(ALU)或浮点单元(FPU)的数量。在一些实施例中，执行单元608A-608N支持整数和浮点数据类型。

执行单元指令集包括SIMD指令。各种数据元素可以作为紧缩数据类型被存储在寄存器中，并且执行单元将基于元素的数据尺寸来处理各个元素。例如，当对256位宽的向量进行操作时，向量的256位被存储在寄存器中，并且执行单元将向量操作为四个单独的64位紧缩数据元素(四字(QW)尺寸数据元素)、八个单独的32位紧缩数据元素(双字(DW)尺寸数据元素)、十六个单独的16位紧缩数据元素(字(W)尺寸的数据元素)、或三十二个单独的8位数据元素(字节(B)尺寸的数据元素)。然而，不同的向量宽度和寄存器尺寸是可能的。

在一个实施例中，可以将一个或多个执行单元组合到融合执行单元609A-609N中，该融合执行单元609A-609N具有对于融合EU而言共同的线程控制逻辑(607A-607N)。可以将多个EU融合到EU组中。融合的EU组中的每个EU可以被配置成执行单独的SIMD硬件线程。融合的EU组中的EU的数量可以根据实施例而有所不同。另外，可以逐EU地执行各种SIMD宽度，包括但不限于SIMD8、SIMD16和SIMD32。每个融合图形执行单元609A-609N包括至少两个执行单元。例如，融合执行单元609A包括第一EU 608A、第二EU 608B、以及对于第一EU 608A和第二EU 608B而言共同的线程控制逻辑607A。线程控制逻辑607A控制在融合图形执行单元609A上执行的线程，从而允许融合执行单元609A-609N内的每个EU使用共同的指令指针寄存器来执行。

一个或多个内部指令高速缓存(例如，606)被包括在线程执行逻辑600中以对用于执行单元的线程指令进行高速缓存。在一些实施例中，一个或多个数据高速缓存(例如，612)被包括，以在线程执行期间对线程数据进行高速缓存。在一些实施例中，采样器610被包括以为3D操作提供纹理采样并且为媒体操作提供媒体采样。在一些实施例中，采样器610包括专业的纹理或媒体采样功能，以便在向执行单元提供采样数据之前在采样过程期间处理纹理数据或媒体数据。

在执行期间，图形流水线和媒体流水线经由线程生成和分派逻辑将线程发起请求发送到线程执行逻辑600。一旦一组几何对象已经被处理并被栅格化为像素数据，着色器处理器602内的像素处理器逻辑(例如，像素着色器逻辑、片段着色器逻辑等)就被调用以进一步计算输出信息，并且使得结果被写入到输出表面(例如，颜色缓冲器、深度缓冲器、模板印刷(stencil)缓冲器等)。在一些实施例中，像素着色器或片段着色器计算各顶点属性的值，各顶点属性的值将跨经栅格化的对象而被内插。在一些实施例中，着色器处理器602内的像素处理器逻辑随后执行应用编程接口(API)供应的像素着色器程序或片段着色器程序。为了执行着色器程序，着色器处理器602经由线程分派器604将线程分派至执行单元(例如，608A)。在一些实施例中，着色器处理器602使用采样器610中的纹理采样逻辑来访问存储在存储器中的纹理图中的纹理数据。对纹理数据和输入几何数据的算术操作计算针对每个几何片段的像素颜色数据，或丢弃一个或多个像素而不进行进一步处理。

在一些实施例中，数据端口614提供存储器访问机制，供线程执行逻辑600将经处理的数据输出至存储器以便在图形处理器输出流水线上进一步处理。在一些实施例中，数据端口614包括或耦合至一个或多个高速缓存存储器(例如，数据高速缓存612)，以便对数据进行高速缓存供经由数据端口进行存储器访问。

如图6B所示，图形执行单元608可包括指令取出单元637、通用寄存器堆阵列(GRF)624、架构寄存器堆阵列(ARF)626、线程仲裁器622、发送单元630、分支单元632、SIMD浮点单元(FPU)的集合634、以及在一个实施例中的专用整数SIMD ALU的集合635。GRF 624和ARF626包括与可在图形执行单元608中活跃的每个同步硬件线程相关联的通用寄存器堆和架构寄存器堆的集合。在一个实施例中，每线程架构状态被维持在ARF 626中，而在线程执行期间使用的数据被存储在GRF 624中。每个线程的执行状态，包括用于每个线程的指令指针，可以被保持在ARF 626中的线程专用寄存器中。

在一个实施例中，图形执行单元608具有作为同步多线程(SMT)与细粒度交织多线程(IMT)的组合的架构。该架构具有模块化配置，该模块化配置可以基于同步线程的目标数量和每个执行单元的寄存器的数量而在设计时进行微调，其中跨用于执行多个同步线程的逻辑来划分执行单元资源。

在一个实施例中，图形执行单元608可协同发布多条指令，这些指令可以各自是不同的指令。图形执行单元线程608的线程仲裁器622可以将指令分派给以下各项中的一项以供执行：发送单元630、分支单元632或(多个)SIMD FPU 634。每个执行线程可以访问GRF624内的128个通用寄存器，其中，每个寄存器可以存储可作为具有32位数据元素的SIMD 8元素向量访问的32个字节。在一个实施例中，每个执行单元线程具有对GRF 624内的4个千字节的访问权，但是实施例并不限于此，并且在其他实施例中可以提供更多或更少的寄存器资源。在一个实施例中，多达七个线程同时执行，但是每个执行单元的线程数量也可根据实施例而有所不同。在其中七个线程可以访问4个千字节的实施例中，GRF 624可以存储总共28个千字节。灵活的寻址模式可以准许对多个寄存器一起进行寻址，从而建立实际上更宽的寄存器或者表示跨步式矩形块数据结构。

在一个实施例中，经由通过消息传递发送单元630执行的“发送”指令来分派存储器操作、采样器操作以及其他较长等待时间的系统通信。在一个实施例中，分支指令被分派给专用分支单元632以促进SIMD发散和最终收敛。

在一个实施例中，图形执行单元608包括用于执行浮点操作的一个或多个SIMD浮点单元(FPU)634。在一个实施例中，(多个)FPU 634还支持整数计算。在一个实施例中，(多个)FPU 634可以SIMD执行多达数量M个32位浮点(或整数)操作，或者SIMD执行多达2M个16位整数或16位浮点操作。在一个实施例中，(多个)FPU中的至少一个提供支持高吞吐量超越数学函数和双精度64位浮点的扩展数学能力。在一些实施例中，8位整数SIMD ALU的集合635也存在，并且可专门优化成执行与机器学习计算相关联的操作。

在一个实施例中，可以在图形子核分组(例如，子切片)中对图形执行单元608的多个实例的阵列进行实例化。为了可缩放性，产品架构师可以选择每子核分组的执行单元的确切数量。在一个实施例中，执行单元608可以跨多个执行通道来执行指令。在进一步的实施例中，在不同通道上执行在图形执行单元608上执行的每个线程。

图7是示出根据一些实施例的图形处理器指令格式700的框图。在一个或多个实施例中，图形处理器执行单元支持具有多种格式的指令的指令集。实线框图示通常被包括在执行单元指令中的组成部分，而虚线包括任选的或仅被包括在指令的子集中的组成部分。在一些实施例中，所描述和示出的指令格式700是宏指令，因为它们是供应至执行单元的指令，这与产生自一旦指令被处理就进行的指令解码的微指令相反。

在一些实施例中，图形处理器执行单元原生地支持128位指令格式710的指令。基于所选择的指令、指令选项和操作数数量，64位紧凑指令格式730可用于一些指令。原生128位指令格式710提供对所有指令选项的访问，而一些选项和操作在64位格式730中受限。64位格式730中可用的原生指令因实施例而异。在一些实施例中，使用索引字段713中的索引值的集合将指令部分地压缩。执行单元硬件基于索引值来引用压缩表的集合，并使用压缩表输出来重构128位指令格式710的原生指令。

针对每种格式，指令操作码712限定执行单元要执行的操作。执行单元跨每个操作数的多个数据元素并行地执行每条指令。例如，响应于加法指令，执行单元跨表示纹理元素或图片元素的每个颜色通道执行同步加法操作。默认地，执行单元跨操作数的所有数据通道执行每条指令。在一些实施例中，指令控制字段714启用对某些执行选项的控制，这些执行选项诸如通道选择(例如，断言)以及数据通道顺序(例如，混合)。针对128位指令格式710的指令，执行尺寸字段716限制将被并行地执行的数据通道的数量。在一些实施例中，执行尺寸字段716不可用于64位紧凑指令格式730。

一些执行单元指令具有多达三个操作数，包括两个源操作数src0 720、src1 722以及一个目的地操作数718。在一些实施例中，执行单元支持双目的地指令，其中，双目的地中的一个目的地是隐式的。数据操纵指令可具有第三源操作数(例如，SRC2 724)，其中，指令操作码712确定源操作数的数量。指令的最后一个源操作数可以是与指令一起传递的立即数(例如，硬编码的)值。

在一些实施例中，128位指令格式710包括访问/寻址模式字段726，该访问/寻址模式字段726例如指定使用直接寄存器寻址模式还是间接寄存器寻址模式。当使用直接寄存器寻址模式时，由指令中的位直接提供一个或多个操作数的寄存器地址。

在一些实施例中，128位指令格式710包括访问/寻址模式字段726，该访问/寻址模式字段726指定指令的寻址模式和/或访问模式。在一个实施例中，访问模式用于限定针对指令的数据访问对齐。一些实施例支持包括16字节对齐访问模式和1字节对齐访问模式的访问模式，其中，访问模式的字节对齐确定指令操作数的访问对齐。例如，当处于第一模式时，指令可将字节对齐寻址用于源操作数和目的地操作数，并且当处于第二模式时，指令可将16字节对齐寻址用于所有的源操作数和目的地操作数。

在一个实施例中，访问/寻址模式字段726的寻址模式部分确定指令要使用直接寻址还是间接寻址。当使用直接寄存器寻址模式时，指令中的位直接提供一个或多个操作数的寄存器地址。当使用间接寄存器寻址模式时，可以基于指令中的地址寄存器值和地址立即数字段来计算一个或多个操作数的寄存器地址。

在一些实施例中，基于操作码712位字段对指令进行分组从而简化操作码解码740。针对8位的操作码，位4、位5、和位6允许执行单元确定操作码的类型。所示出的确切的操作码分组仅是示例。在一些实施例中，移动和逻辑操作码组742包括数据移动和逻辑指令(例如，移动(mov)、比较(cmp))。在一些实施例中，移动和逻辑组742共享五个最高有效位(MSB)，其中，移动(mov)指令采用0000xxxxb的形式，而逻辑指令采用0001xxxxb的形式。流控制指令组744(例如，调用(call)、跳转(jmp))包括0010xxxxb(例如，0x20)形式的指令。混杂指令组746包括指令的混合，包括0011xxxxb(例如，0x30)形式的同步指令(例如，等待(wait)、发送(send))。并行数学指令组748包括0100xxxxb(例如，0x40)形式的逐分量的算术指令(例如，加、乘(mul))。并行数学组748跨数据通道并行地执行算术操作。向量数学组750包括0101xxxxb(例如，0x50)形式的算术指令(例如，dp4)。向量数学组对向量操作数执行算术，诸如点积计算。

图8是图形处理器800的另一实施例的框图。图8的具有与本文中的任何其他附图的元件相同的附图标记(或名称)的那些元件能以类似于本文中其他地方描述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

在一些实施例中，图形处理器800包括几何流水线820、媒体流水线830、显示引擎840、线程执行逻辑850、以及渲染输出流水线870。在一些实施例中，图形处理器800是包括一个或多个通用处理核的多核处理系统内的图形处理器。图形处理器通过至一个或多个控制寄存器(未示出)的寄存器写入、或者经由通过环形互连802发布至图形处理器800的命令被控制。在一些实施例中，环形互连802将图形处理器800耦合至其他处理组件，诸如其他图形处理器或通用处理器。来自环形互连802的命令由命令流转化器803解译，该命令流转化器将指令供应至几何流水线820或媒体流水线830的各个组件。

在一些实施例中，命令流转化器803引导顶点取出器805的操作，该顶点取出器805从存储器读取顶点数据，并执行由命令流转化器803提供的顶点处理命令。在一些实施例中，顶点取出器805将顶点数据提供给顶点着色器807，该顶点着色器807对每个顶点执行坐标空间变换和照明操作。在一些实施例中，顶点取出器805和顶点着色器807通过经由线程分派器831将执行线程分派至执行单元852A-852B来执行顶点处理指令。

在一些实施例中，执行单元852A-852B是具有用于执行图形操作和媒体操作的指令集的向量处理器的阵列。在一些实施例中，执行单元852A-852B具有专用于每个阵列或在阵列之间被共享的所附接的L1高速缓存851。高速缓存可以被配置为数据高速缓存、指令高速缓存、或被分区为在不同分区中包含数据和指令的单个高速缓存。

在一些实施例中，几何流水线820包括用于执行3D对象的硬件加速曲面细分的曲面细分组件。在一些实施例中，可编程外壳着色器811配置曲面细分操作。可编程域着色器817提供对曲面细分输出的后端评估。曲面细分器813在外壳着色器811的指示下进行操作，并且包括用于基于粗糙的几何模型来生成详细的几何对象集合的专用逻辑，该粗糙的几何模型作为输入被提供该几何流水线820。在一些实施例中，如果不使用曲面细分，则可以绕过曲面细分组件(例如，外壳着色器811、曲面细分器813和域着色器817)。

在一些实施例中，完整的几何对象可由几何着色器819经由被分派至执行单元852A-852B的一个或多个线程来处理，或者可以直接行进至裁剪器829。在一些实施例中，几何着色器对整个几何对象而不是对如在图形流水线的先前的级中那样对顶点或顶点补片进行操作。如果禁用曲面细分，则几何着色器819从顶点着色器807接收输入。在一些实施例中，几何着色器819是可由几何着色器程序编程的以便在曲面细分单元被禁用的情况下执行几何曲面细分。

在栅格化之前，裁剪器829处理顶点数据。裁剪器829可以是固定功能裁剪器或具有裁剪和几何着色器功能的可编程裁剪器。在一些实施例中，渲染输出流水线870中的栅格化器和深度测试组件873分派像素着色器以将几何对象转换为逐像素表示。在一些实施例中，像素着色器逻辑被包括在线程执行逻辑850中。在一些实施例中，应用可绕过栅格化器和深度测试组件873，并且经由流出单元823访问未栅格化的顶点数据。

图形处理器800具有互连总线、互连结构、或允许数据和消息在处理器的主要组件之中传递的某个其他互连机制。在一些实施例中，执行单元852A-852B和相关联的逻辑单元(例如，L1高速缓存851、采样器854、纹理高速缓存858等)经由数据端口856进行互连，以便执行存储器访问并且与处理器的渲染输出流水线组件进行通信。在一些实施例中，采样器854、高速缓存851、858以及执行单元852A-852B各自具有单独的存储器访问路径。在一个实施例中，纹理高速缓存858也可被配置为采样器高速缓存。

在一些实施例中，渲染输出流水线870包含栅格化器和深度测试组件873，其将基于顶点的对象转换为相关联的基于像素的表示。在一些实施例中，栅格化器逻辑包括用于执行固定功能三角形和线栅格化的窗口器/掩码器单元。相关联的渲染高速缓存878和深度高速缓存879在一些实施例中也是可用的。像素操作组件877对数据进行基于像素的操作，但是在一些实例中，与2D操作相关联的像素操作(例如，利用混合的位块图像传送)由2D引擎841执行，或者在显示时由显示控制器843使用叠加显示平面来代替。在一些实施例中，共享的L3高速缓存875可用于所有的图形组件，从而允许在无需使用主系统存储器的情况下共享数据。

在一些实施例中，图形处理器媒体流水线830包括媒体引擎837和视频前端834。在一些实施例中，视频前端834从命令流转化器803接收流水线命令。在一些实施例中，媒体流水线830包括单独的命令流转化器。在一些实施例中，视频前端834在将媒体命令发送至媒体引擎837之前处理该命令。在一些实施例中，媒体引擎837包括用于生成线程以用于经由线程分派器831分派至线程执行逻辑850的线程生成功能。

在一些实施例中，图形处理器800包括显示引擎840。在一些实施例中，显示引擎840在处理器800外部，并且经由环形互连802、或某个其他互连总线或结构来与图形处理器耦合。在一些实施例中，显示引擎840包括2D引擎841和显示控制器843。在一些实施例中，显示引擎840包含能够独立于3D流水线进行操作的专用逻辑。在一些实施例中，显示控制器843与显示设备(未示出)耦合，该显示设备可以是系统集成显示设备(如在膝上型计算机中)、或者是经由显示设备连接器附接的外部显示设备。

在一些实施例中，几何流水线820和媒体流水线830可被配置成用于基于多个图形和媒体编程接口执行操作，并且并非专用于任何一种应用编程接口(API)。在一些实施例中，图形处理器的驱动器软件将专用于特定图形或媒体库的API调用转换成可由图形处理器处理的命令。在一些实施例中，为全部来自Khronos Group的开放图形库(OpenGL)、开放计算语言(OpenCL)和/或Vulkan图形和计算API提供支持。在一些实施例中，也可以为来自微软公司的Direct3D库提供支持。在一些实施例中，可以支持这些库的组合。还可以为开源计算机视觉库(OpenCV)提供支持。如果可进行从未来API的流水线到图形处理器的流水线的映射，则具有兼容3D流水线的未来API也将受到支持。

图9A是示出根据一些实施例的图形处理器命令格式900的框图。图9B是示出根据实施例的图形处理器命令序列910的框图。图9A中的实线框示出一般被包括在图形命令中的组成部分，而虚线包括任选的或仅被包括在图形命令的子集中的组成部分。图9A的示例性图形处理器命令格式900包括用于标识命令的客户端902、命令操作代码(操作码)904和数据906的数据字段。子操作码905和命令尺寸908也被包括在一些命令中。

在一些实施例中，客户端902指定图形设备的处理命令数据的客户端单元。在一些实施例中，图形处理器命令解析器检查每个命令的客户端字段，以调整对命令的进一步处理并将命令数据路由至适当的客户端单元。在一些实施例中，图形处理器客户端单元包括存储器接口单元、渲染单元、2D单元、3D单元、和媒体单元。每个客户端单元具有处理命令的对应的处理流水线。一旦由客户端单元接收到命令，客户端单元就读取操作码904以及子操作码905(如果存在)以确定要执行的操作。客户端单元使用数据字段906内的信息来执行命令。针对一些命令，预期显式的命令尺寸908指定命令的尺寸。在一些实施例中，命令解析器基于命令操作码自动地确定命令中的至少一些命令的尺寸。在一些实施例中，经由双字的倍数来对齐命令。

图9B中的流程图示出示例性图形处理器命令序列910。在一些实施例中，以图形处理器的实施例为特征的数据处理系统的软件或固件使用所示出的命令序列的某个版本来建立、执行并终止图形操作的集合。仅出于示例性目的示出并描述了样本命令序列，因为实施例不限于这些特定的命令或者该命令序列。而且，命令可以作为批量的命令以命令序列被发布，使得图形处理器将以至少部分同时的方式处理命令序列。

在一些实施例中，图形处理器命令序列910可开始于流水线转储清除命令912，以便使得任何活跃的图形流水线完成流水线的当前未决命令。在一些实施例中，3D流水线922和媒体流水线924不并发地操作。执行流水线转储清除以使得活跃的图形流水线完成任何未决命令。响应于流水线转储清除，用于图形处理器的命令解析器将暂停命令处理，直到活跃的绘画引擎完成未决操作并且相关的读高速缓存被无效。任选地，渲染高速缓存中被标记为“脏”的任何数据可以被转储清除到存储器。在一些实施例中，流水线转储清除命令912可以用于流水线同步，或者在将图形处理器置于低功率状态之前使用。

在一些实施例中，当命令序列要求图形处理器在流水线之间明确地切换时，使用流水线选择命令913。在一些实施例中，在发布流水线命令之前在执行上下文中仅需要一次流水线选择命令913，除非上下文将发布针对两条流水线的命令。在一些实施例中，紧接在经由流水线选择命令913的流水线切换之前需要流水线转储清除命令912。

在一些实施例中，流水线控制命令914配置用于操作的图形流水线，并且用于对3D流水线922和媒体流水线924进行编程。在一些实施例中，流水线控制命令914配置活跃流水线的流水线状态。在一个实施例中，流水线控制命令914用于流水线同步，并且用于在处理批量的命令之前清除来自活跃流水线内的一个或多个高速缓存存储器的数据。

在一些实施例中，返回缓冲器状态命令916用于配置用于相应流水线的返回缓冲器的集合以写入数据。一些流水线操作需要分配、选择或配置一个或多个返回缓冲器，在处理期间操作将中间数据写入这一个或多个返回缓冲器中。在一些实施例中，图形处理器还使用一个或多个返回缓冲器来存储输出数据并且执行跨线程通信。在一些实施例中，返回缓冲器状态916包括选择要用于流水线操作的集合的返回缓存器的尺寸和数量。

命令序列中的剩余命令基于用于操作的活跃流水线而不同。基于流水线判定920，命令序列被定制用于以3D流水线状态930开始的3D流水线922、或者在媒体流水线状态940处开始的媒体流水线924。

用于配置3D流水线状态930的命令包括用于顶点缓冲器状态、顶点元素状态、常量颜色状态、深度缓冲器状态、以及将在处理3D基元命令之前配置的其他状态变量的3D状态设置命令。这些命令的值至少部分地基于使用中的特定3D API来确定。在一些实施例中，如果将不使用某些流水线元件，则3D流水线状态930命令还能够选择性地禁用或绕过那些元件。

在一些实施例中，3D基元932命令用于提交待由3D流水线处理的3D基元。经由3D基元932命令传递给图形处理器的命令和相关联的参数被转发到图形流水线中的顶点取出功能。顶点取出功能使用3D基元932命令数据来生成多个顶点数据结构。顶点数据结构被存储在一个或多个返回缓冲器中。在一些实施例中，3D基元932命令用于经由顶点着色器对3D基元执行顶点操作。为了处理顶点着色器，3D流水线922将着色器执行线程分派至图形处理器执行单元。

在一些实施例中，经由执行934命令或事件触发3D流水线922。在一些实施例中，寄存器写入触发命令执行。在一些实施例中，经由命令序列中的“去往(go)”或“踢除(kick)”命令来触发执行。在一个实施例中，使用流水线同步命令来触发命令执行，以便通过图形流水线来转储清除命令序列。3D流水线将执行针对3D基元的几何处理。一旦操作完成，就对所得到的几何对象进行栅格化，并且像素引擎对所得到的像素进行着色。对于那些操作，还可以包括用于控制像素着色和像素后端操作的附加命令。

在一些实施例中，当执行媒体操作时，图形处理器命令序列910遵循媒体流水线924路径。一般地，针对媒体流水线924进行编程的特定用途和方式取决于待执行的媒体或计算操作。在媒体解码期间，特定的媒体解码操作可以被转移到媒体流水线。在一些实施例中，还可绕过媒体流水线，并且可使用由一个或多个通用处理核提供的资源来整体地或部分地执行媒体解码。在一个实施例中，媒体流水线还包括用于通用图形处理器单元(GPGPU)操作的元件，其中，图形处理器用于使用计算着色器程序来执行SIMD向量操作，这些计算着色器程序并不明确地与图形基元的渲染相关。

在一些实施例中，以与3D流水线922类似的方式配置媒体流水线924。将用于配置媒体流水线状态940的命令集合分派或放置到命令队列中，在媒体对象命令942之前。在一些实施例中，用于媒体流水线状态的命令940包括用于配置媒体流水线元件的数据，这些媒体流水线元件将用于处理媒体对象。这包括用于在媒体流水线内配置视频解码和视频编码逻辑的数据，诸如编码或解码格式。在一些实施例中，用于媒体流水线状态的命令940还支持使用指向包含批量的状态设置的“间接”状态元件的一个或多个指针。

在一些实施例中，媒体对象命令942供应指向用于由媒体流水线处理的媒体对象的指针。媒体对象包括存储器缓冲器，该存储器缓冲器包含待处理的视频数据。在一些实施例中，在发布媒体对象命令942之前，所有的媒体流水线状态必须是有效的。一旦流水线状态被配置并且媒体对象命令942被排队，就经由执行命令944或等效的执行事件(例如，寄存器写入)来触发媒体流水线924。随后可通过由3D流水线922或媒体流水线924提供的操作对来自媒体流水线924的输出进行后处理。在一些实施例中，以与媒体操作类似的方式来配置和执行GPGPU操作。

图10示出根据一些实施例的用于数据处理系统1000的示例性图形软件架构。在一些实施例中，软件架构包括3D图形应用1010、操作系统1020、以及至少一个处理器1030。在一些实施例中，处理器1030包括图形处理器1032以及一个或多个通用处理器核1034。图形应用1010和操作系统1020各自在数据处理系统的系统存储器1050中执行。

在一些实施例中，3D图形应用1010包含一个或多个着色器程序，这一个或多个着色器程序包括着色器指令1012。着色器语言指令可以采用高级着色器语言，诸如，高级着色器语言(HLSL)、或OpenGL着色器语言(GLSL)。应用还包括采用适于由通用处理器核1034执行的机器语言的可执行指令1014。应用还包括由顶点数据限定的图形对象1016。

在一些实施例中，操作系统1020是来自微软公司的

在一些实施例中，用户模式图形驱动器1026包含后端着色器编译器1027，该后端着色器编译器1027用于将着色器指令1012转换成硬件专用表示。当OpenGL API在使用中时，将采用GLSL高级语言的着色器指令1012传递至用户模式图形驱动器1026以用于编译。在一些实施例中，用户模式图形驱动器1026使用操作系统内核模式功能1028来与内核模式图形驱动器1029进行通信。在一些实施例中，内核模式图形驱动器1029与图形处理器1032通信以分派命令和指令。

至少一个实施例的一个或多个方面可以由存储在机器可读介质上的代表性代码实现，该机器可读介质表示和/或限定集成电路(诸如，处理器)内的逻辑。例如，机器可读介质可以包括表示处理器内的各种逻辑的指令。当由机器读取时，指令可以使机器制造用于执行本文所述的技术的逻辑。这类表示(被称为“IP核”)是集成电路的逻辑的可重复使用单元，这些可重复使用单元可以作为描述集成电路的结构的硬件模型而被存储在有形的、机器可读介质上。可以将硬件模型供应至在制造集成电路的制造机器上加载硬件模型的各消费者或制造设施。可以制造集成电路，使得电路执行与本文中描述的实施例中的任一实施例相关联地描述的操作。

图11A是示出根据实施例的IP核开发系统1100的框图，该IP核开发系统1100可以用于制造集成电路以执行操作。IP核开发系统1100可以用于生成可并入到更大的设计中或用于构建整个集成电路(例如，SOC集成电路)的模块化、可重复使用设计。设计设施1130可生成采用高级编程语言(例如，C/C++)的IP核设计的软件仿真1110。软件仿真1110可用于使用仿真模型1112来设计、测试并验证IP核的行为。仿真模型1112可以包括功能仿真、行为仿真和/或时序仿真。随后可从仿真模型1112创建或合成寄存器传输级(RTL)设计1115。RTL设计1115是对硬件寄存器之间的数字信号的流进行建模的集成电路(包括使用建模的数字信号执行的相关联的逻辑)的行为的抽象。除了RTL设计1115之外，还可以创建、设计或合成逻辑级或晶体管级的较低级别设计。由此，初始设计和仿真的特定细节可有所不同。

可以由设计设施进一步将RTL设计1115或等效方案合成到硬件模型1120中，该硬件模型1120可以采用硬件描述语言(HDL)或物理设计数据的某种其他表示。可以进一步仿真或测试HDL以验证IP核设计。可使用非易失性存储器1140(例如，硬盘、闪存、或任何非易失性存储介质)来存储IP核设计以用于递送至第三方制造设施1165。替代地，可以通过有线连接1150或无线连接1160(例如，经由因特网)来传输IP核设计。制造设施1165随后可以制造至少部分地基于IP核设计的集成电路。所制造的集成电路可被配置用于执行根据本文中描述的至少一个实施例的操作。

图11B示出根据本文中描述的一些实施例的集成电路封装组件1170的截面侧视图。集成电路封装组件1170示出如本文中所描述的一个或多个处理器或加速器设备的实现方式。封装组件1170包括连接至衬底1180的多个硬件逻辑单元1172、1174。逻辑1172、1174可以至少部分地实现在可配置逻辑或固定功能逻辑硬件中，并且可包括本文中描述的(多个)处理器核、(多个)图形处理器或其他加速器设备中的任何处理器核、图形处理器或其他加速器设备的一个或多个部分。每个逻辑单元1172、1174可以实现在半导体管芯内，并且经由互连结构1173与衬底1180耦合。互连结构1173可以被配置成在逻辑1172、1174与衬底1180之间路由电信号，并且可以包括互连，该互连诸如但不限于凸块或支柱。在一些实施例中，互连结构1173可以被配置成路由电信号，诸如例如，与逻辑1172、1174的操作相关联的输入/输出(I/O)信号和/或功率或接地信号。在一些实施例中，衬底1180是基于环氧树脂的层压衬底。在其他实施例中，封装衬底1180可以包括其他合适类型的衬底。封装组件1170可以经由封装互连1183连接至其他电气设备。封装互连1183可以耦合至衬底1180的表面以将电信号路由到其他电气设备，诸如主板、其他芯片组或多芯片模块。

在一些实施例中，逻辑单元1172、1174与桥接器1182电耦合，该桥接器1182被配置成在逻辑1172与逻辑1174之间路由电信号。桥接器1182可以是为电信号提供路由的密集互连结构。桥接器1182可以包括由玻璃或合适的半导体材料构成的桥接器衬底。电路由特征可形成在桥接器衬底上以提供逻辑1172与逻辑1174之间的芯片到芯片连接。

尽管示出了两个逻辑单元1172、1174和桥接器1182，但是本文中所描述的实施例可以包括在一个或多个管芯上的更多或更少的逻辑单元。这一个或多个管芯可以由零个或更多个桥接器连接，因为当逻辑被包括在单个管芯上时，可以排除桥接器1182。替代地，多个管芯或逻辑单元可以由一个或多个桥接器连接。另外，在其他可能的配置(包括三维配置)中，多个逻辑单元、管芯和桥接器可被连接在一起。

图12-图14示出根据本文中所述的各实施例的可以使用一个或多个IP核制造的示例性集成电路和相关联的图形处理器。除了所示出的内容之外，还可以包括其他逻辑和电路，包括附加的图形处理器/核、外围接口控制器或通用处理器核。

图12是示出根据实施例的可使用一个或多个IP核来制造的示例性芯片上系统集成电路1200的框图。示例性集成电路1200包括一个或多个应用处理器1205(例如，CPU)、至少一个图形处理器1210，并且可附加地包括图像处理器1215和/或视频处理器1220，其中的任一个都可以是来自相同设计设施或多个不同的设计设施的模块化IP核。集成电路1200包括外围或总线逻辑，包括USB控制器1225、UART控制器1230、SPI/SDIO控制器1235和I

图13A-图13B是示出根据本文中所描述的实施例的用于在SoC内使用的示例性图形处理器的框图。图13A示出根据实施例的可以使用一个或多个IP核制造的芯片上系统集成电路的示例性图形处理器1310。图13B示出根据实施例的可以使用一个或多个IP核制造的芯片上系统集成电路的附加示例性图形处理器1340。图13A的图形处理器1310是低功率图形处理器核的示例。图13B的图形处理器1340是较高性能图形处理器核的示例。图形处理器1310、1340中的每一个都可以是图12的图形处理器1210的变体。

如图13A中所示，图形处理器1310包括顶点处理器1305以及一个或多个片段处理器1315A-1315N(例如，1315A、1315B、1315C、1315D，一直到1315N-1和1315N)。图形处理器1310可以经由单独的逻辑执行不同的着色器程序，使得顶点处理器1305被优化以执行用于顶点着色器程序的操作，而一个或多个片段处理器1315A-1315N执行用于片段或像素着色器程序的片段(例如，像素)着色操作。顶点处理器1305执行3D图形流水线的顶点处理级，并生成基元数据和顶点数据。(多个)片段处理器1315A-1315N使用由顶点处理器1305生成的基元数据和顶点数据来产生被显示在显示设备上的帧缓冲器。在一个实施例中，(多个)片段处理器1315A-1315N被优化以执行如在OpenGL API中提供的片段着色器程序，这些片段着色器程序可以用于执行与如在Direct 3D API中提供的像素着色器程序类似的操作。

图形处理器1310附加地包括一个或多个存储器管理单元(MMU)1320A-1320B、(多个)高速缓存1325A-1325B以及(多个)电路互连1330A-1330B。这一个或多个MMU 1320A-1320B为图形处理器1310(包括为顶点处理器1305和/或(多个)片段处理器1315A-1315N)提供虚拟到物理地址映射，除了存储在一个或多个高速缓存1325A-1325B中的顶点数据或图像/纹理数据之外，该虚拟到物理地址映射还可以引用存储在存储器中的顶点数据或图像/纹理数据。在一个实施例中，一个或多个MMU 1320A-1320B可以与系统内的其他MMU同步，使得每个处理器1205-1220可以参与共享或统一的虚拟存储器系统，系统内的其他MMU包括与图12的一个或多个应用处理器1205、图像处理器1215和/或视频处理器1220相关联的一个或多个MMU。根据实施例，一个或多个电路互连1330A-1330B使得图形处理器1310能够经由SoC的内部总线或经由直接连接来与SoC内的其他IP核对接。

如图13B中所示，图形处理器1340包括图13A的图形处理器1310的一个或多个MMU1320A-1320B、高速缓存1325A-1325B、以及电路互连1330A-1330B。图形处理器1340包括一个或多个着色器核1355A-1355N(例如，1355A、1355B、1355C、1355D、1355E、1355F，一直到1355N-1和1355N)，这一个或多个着色器核提供统一着色器核架构，在该统一着色器核架构中，单个核或类型或核可以执行所有类型的可编程着色器代码，包括用于实现顶点着色器、片段着色器和/或计算着色器的着色器程序代码。存在的着色器核的确切数量可以因实施例和实现方式而异。另外，图形处理器1340包括核间任务管理器1345，该核间任务管理器1345充当用于将执行线程分派给一个或多个着色器核1355A-1355N的线程分派器和用于加速对基于片的渲染的分片操作的分片单元1358，在基于片的渲染中，针对场景的渲染操作在图像空间中被细分，例如以利用场景内的局部空间一致性或优化内部高速缓存的使用。

图14A-图14B示出了根据本文中所描述的实施例的附加示例性图形处理器逻辑。图14A示出了图形核1400，该图形核1400可被包括在图12的图形处理器1210内，并且可以是如图13B中的统一着色器核1355A-1355N。图14B示出了附加的高度并行的通用图形处理单元1430，其是适于部署在多芯片模块上的高度并行的通用图形处理单元。

如图14A中所示，图形核1400包括对于图形核1400内的执行资源而言共同的共享指令高速缓存1402、纹理单元1418和高速缓存存储器/共享存储器1420。图形核1400可包括用于每个核的多个切片1401A-1401N或分区，并且图形处理器可包括图形核1400的多个实例。切片1401A-1401N可包括支持逻辑，该支持逻辑包括本地指令高速缓存1404A-1404N、线程调度器1406A-1406N、线程分派器1408A-1408N、以及寄存器的集合1410A-1410N。为了执行逻辑操作，切片1401A-1401N可包括一组附加的功能单元(AFU 1412A-1412N)、浮点单元(FPU 1414A-1414N)、整数算术逻辑单元(ALU 1416A-1416N)、地址计算单元(ACU 1413A-1413N)、双精度浮点单元(DPFPU 1415A-1415N)、以及矩阵处理单元(MPU 1417A-1417N)。

这些计算单元中的一些计算单元以特定精度进行操作。例如，FPU 1414A-1414N可执行单精度(32位)和半精度(16位)浮点操作，而DPFPU 1415A-1415N执行双精度(64位)浮点操作。ALU 1416A-1416N能以8位精度、16位精度和32位精度执行可变精度整数操作，并且可以被配置用于混合精度操作。MPU 1417A-1417N还可以被配置用于混合精度矩阵操作，包括半精度浮点操作和8位整数操作。MPU 1417A-1417N可执行各种矩阵操作以加速机器学习应用框架，包括启用对加速的通用矩阵-矩阵乘法(GEMM)的支持。AFU 1412A-1412N可执行不被浮点单元或整数单元支持的附加逻辑操作，包括三角函数操作(例如，正弦、余弦等)。

如图14B中所示，通用处理单元(GPGPU)1430可以被配置成使得能够由图形处理单元的阵列执行高度并行的计算操作。另外，GPGPU 1430可以直接链接到GPGPU的其他实例以创建多GPU集群，从而改善尤其是深度神经网络的训练速度。GPGPU 1430包括用于启用与主机处理器的连接的主机接口1432。在一个实施例中，主机接口1432是PCI Express接口。然而，主机接口还可以是供应方专用的通信接口或通信结构。GPGPU 1430从主机处理器接收命令，并且使用全局调度器1434将与那些命令相关联的执行线程分发给计算集群的集合1436A-1436H。计算集群1436A-1436H共享高速缓存存储器1438。高速缓存存储器1438可以充当用于计算集群1436A-1436H内的高速缓存存储器的较高级别的高速缓存。

GPGPU 1430包括经由存储器控制器的集合1442A-1442B与计算集群1436A-1436H耦合的存储器1434A-1434B。在各实施例中，存储器1434A-1434B可包括各种类型的存储器设备，包括动态随机存取存储器(DRAM)或图形随机存取存储器，诸如，同步图形随机存取存储器(SGRAM)，包括图形双倍数据速率(GDDR)存储器。

在一个实施例中，计算集群1436A-1436H各自包括图形多核的集合，图形核诸如图14A的图形核1400，该图形核可包括多种类型的整数逻辑单元和浮点逻辑单元，这些多种类型的整数逻辑单元和浮点逻辑单元可以在一定精度范围内执行包括适于机器学习计算的计算操作。例如，并且在一个实施例中，计算集群1436A-1436H中的每一个计算集群中的浮点单元的至少子集可以被配置成执行16位或32位浮点操作，而浮点单元的不同子集可以被配置成执行64位浮点操作。

GPGPU 1430的多个实例可以被配置成作为计算集群进行操作。由计算集群用于同步和数据交换的通信机制跨实施例而有所不同。在一个实施例中，GPGPU 1430的多个实例通过主机接口1432进行通信。在一个实施例中，GPGPU 1430包括I/O中枢1439，该I/O中枢1439将GPGPU 1430与GPU链路1440耦合，该GPU链路启用至GPGPU的其他实例的直接连接。在一个实施例中，GPU链路1440耦合至专用GPU-GPU桥接器，该GPU-GPU桥接器实现GPGPU 1430的多个实例之间的通信和同步。在一个实施例中，GPU链路1440与高速互连耦合，以将数据传输和接收至其他GPGPU或并行处理器。在一个实施例中，GPGPU 1430的多个实例位于单独的数据处理系统中，并且经由网络设备进行通信，该网络设备可经由主机接口1432来访问。在一个实施例中，附加于或替代于主机接口1432，GPU链路1440可以被配置成启用至主机处理器的连接。

尽管GPGPU 1430的所示出配置可以被配置成训练神经网络，但是一个实施例提供GPGPU 1430的替代配置，该替代配置可以被配置成用于在高性能或低功率推断平台内的部署。在推断配置中，相对于训练配置，GPGPU 1430包括计算集群1436A-1436H中的更少的计算集群。另外，与存储器1434A-1434B相关联的存储器技术在推断配置与训练配置之间可以不同，其中较高的带宽存储器技术致力于训练配置。在一个实施例中，GPGPU 1430的推断配置可以支持推断专用指令。例如，推断配置可提供对一个或多个8位整数点积指令的支持，这一个或多个8位整数点积指令通常在用于经部署的神经网络的推断操作期间使用。

用于虚拟化显示器的装置和方法

如上所述，现今，单根I/O虚拟化(SR-IOV)用于实现虚拟化图形处理单元(GPU)。这是通过定义虚拟化PCI Express(PCIe)设备以在PCIe总线上暴露一个物理功能(PF)加上若干虚拟功能(VF)来实现的。

在这种系统中，VF显示模型用于通过直接将宾客帧缓冲器公布到本地监测器或将宾客帧缓冲器信息暴露给主机来驱动虚拟机(VM)中的本地显示功能。例如，在当前的车载信息娱乐(IVI)系统中，趋势是使用虚拟化技术来合并显示安全度量(例如速度、扭矩等)的安全关键性数字仪表板以及显示信息娱乐应用的一些IVI系统。在这种架构中，GPU在不同的VM之间共享其计算和显示能力，使得每个VM都能够将其图形用户界面直接公布到相关联的显示面板。

在云服务器用例中，上游显示器会将宾客帧缓冲器作为DMA-BUF文件描述符暴露给主机用户空间。随后可以经由远程协议通过主机侧上的现有媒体或图形堆栈来访问、渲染和/或流转化(stream)宾客帧缓冲器。

图15突出显示了通过虚拟功能1521被访问的GPU 1540如何不能将其在PF 1510中的显示要求公布到本地显示硬件1515(如由大X所指示的)。GPU 1540也不能用于需要将宾客VM 1540帧缓冲器从VF驱动器1541暴露给在主机侧上运行的远程协议服务器1530的远程显示配置中。在这些情况下，没有显示模型，GPU 1540无法直接驱动本地显示器，也无法将其显示帧缓冲器公布到主机侧。

本发明的实施例包括准虚拟化(paravirtualization,PV)虚拟显示模型，用于向硬件虚拟化GPU(例如，Gen12 SR-IOV硬件虚拟化GPU)提供以下能力：将宾客帧缓冲器直接公布到硬件本地显示监测器，或通过暴露宾客帧缓冲器信息来与主机侧进行宾客帧缓冲器共享。尽管本文描述了诸如Gen12 SR-IOV之类的特定实现，但是本发明的实施例不限于任何特定实现。

使用以下描述的技术，虚拟机(VM)可以支持不同的操作系统(OS)类型，包括一个或多个实时操作系统(RTOS)。这些OS可以在宾客“翻页”操作期间，通过包含宾客显示要求的帧缓冲器描述符页面，将帧缓冲器直接公布到分配的本地显示面板。该实施例使用后端显示模型，该后端显示模型根据所公布的帧缓冲器描述符，调用服务OS中的后端显示服务以代表虚拟功能通过物理功能驱动器来配置硬件显示器。

图16图示一个这样的实施例：其为车载信息娱乐(IVI)系统实现了虚拟显示模型。在所示的实施例中，主要服务/主机虚拟机(VM)1601支持实时OS(RTOS)1670和相关联的应用1680，在仪表板VM 1602内的RTOS 1671上执行仪表板应用1681，在前信息娱乐VM 1603内的Linux/Android OS 1672上执行前信息娱乐应用1682，以及在后信息娱乐VM 1604内的Linux/Android OS 1673上执行后信息娱乐应用1683。

虚拟机1601-1604和相关联的宾客操作系统1670-1673中的每一个都由管理程序1650(有时称为虚拟机监测器(VMM))来管理，该管理程序提供对GPU 1648和显示子系统1630的图形执行资源的访问，该显示子系统1630包括多个管道1620-1622，管道中的每一个具有多个平面(例如，示例中的平面0-7)。如本文所使用的，“管道”是指分配用于代表虚拟机来处理视频帧的一组处理资源，并且“平面”包括特定的一个或多个视频帧或视频帧的片，该视频帧定义了要在显示器1630(例如，在一个实施例中为车载显示器)上渲染的视图。

在一个实施例中，在服务/主机VM 1601的RTOS 1670内运行的后端服务1661管理由其他VM对物理处理资源的访问。例如，后端服务1661可以将GPU 1648和显示器1630的各种处理资源分配给不同的VM 1601-1604。在所图示的实施例中，仪表板VM 1602已被分配了管道0(1620)，前信息娱乐VM 1603已被分配了管道1(1621)，并且后信息娱乐VM 1604已被分配了管道2(1622)。

每个操作系统均包括用于访问GPU 1648和显示器1630的图形处理资源的分配的图形驱动器。服务/主机VM 1601的RTOS 1670例如包括主机GPU驱动器1660(在一个实施例中其不是虚拟驱动器)。其他VM 1602-1604的操作系统1671-1673分别包括虚拟功能驱动器(VFD)1662-1664，虚拟功能驱动器(VFD)1662-1664中的每一个分别包括虚拟显示驱动器(VDD)组件1665-1667。在一个实施例中，分别由每个VDD 1665-1667维护的帧缓冲器描述符(FBD)1668-1651被用于代表每个宾客1671-1673配置显示器1630(如下更详细地描述)。

图16中的GPU 1648包括可由主机GPU驱动器1660访问的物理功能基址寄存器(PFBAR)1640和一组虚拟功能基址寄存器(VF BAR)1645-1647，每个虚拟功能基址寄存器都与不同的虚拟功能(VF)1641-1643相关联，并且分别由对应的虚拟功能驱动器1662-1664可访问。

由于VM 1602-1604不知晓虚拟化的执行环境，因此管理程序1650捕获从VDD1665-1667生成的指令/命令，并根据公布的帧缓冲器描述符调用服务/主机VM 1601中的后端服务1661，以代表请求虚拟功能驱动器1662-1664通过主机GPU驱动器1660(PF驱动器)配置硬件显示器。在操作中，每个VM 1601-1604可以利用指定所需的显示配置的对应帧缓冲器描述符(FBD)1668-1651在宾客翻页操作期间直接将其帧缓冲器公布到分配的本地显示面板。

如所提及的，虚拟显示模型的一个实施例在其可以由虚拟功能驱动器1662-1664使用之前由服务/主机VM 1601配置和填充。这可以使用仅对虚拟化有意义的PV_INFO寄存器在一个特定的实现中完成。图17图示PV_INFO寄存器中的相关虚拟显示字段，该虚拟显示字段包括帧缓冲器描述符基本字段1701，以标识宾客的显示描述符页面的物理地址(例如，包含相关的帧缓冲器描述符1668-1651)。

本发明的一个实施例可以分配比物理硬件所支持的更多的平面或管道。例如，使用8作为最大数量，每个VF 1641-1643最多可以分配有8个显示器，其中每个显示器配置成用于在一个宾客翻页事务中总共暴露多达8个帧缓冲器。如果在实际用例中需要更多的显示器，则可以容易地增加该数量。

服务/主机VM 1601可以配置各种类型的显示模式设置。在一个实施例中，虚拟显示驱动器1665-1667将0的显示模式设置视为最喜爱的模式设置。主机VM 1601可以填充不与零一起使用的显示模式设置。

在一个实施例中，当在支持VF虚拟显示模型的VM中引导宾客时，虚拟显示驱动器1665-1667首先通过读取由主机VM 1601填充的PV_INFO寄存器来收集虚拟显示信息，并随后根据该虚拟显示信息创建显示对象。例如，如果主机/VM 1601利用两个管道、三个平面和一个显示模式在仪表板VM 1602的PV_INFO中填充虚拟显示有关的字段，则显示模型将呈现给VM 1602，如图18所示。在宾客OS 1671的视图中，每个虚拟显示管道1805、1815分别连同其有关平面1801-1803、1811-1813、专用虚拟编码器1821、1822、存储器接口1800、1810和虚拟连接器1831、1832包括一个驱动器级显示控制子系统。在一个实施例中，子系统中的每个对象具有其自身的接口，该接口由宾客OS 1671中的显示框架调用以实现宾客显示要求。本文所述的虚拟显示驱动器实施例仅在调用接口时将这些要求保留在存储器中，并且在宾客OS 1671翻页操作期间将这些要求递送到帧缓冲器描述符1668中。

再次参照仪表板VM 1602(但是相同的原理适用于其他VM 1603-1604)，当宾客虚拟显示驱动器1665执行翻页时，它使用帧缓冲器描述符页面(包含FBD 1668数据)来保存帧缓冲器信息，并将帧缓冲器描述符页面的地址写入PV_INFO数据结构中的帧缓冲器描述符基本字段1701。如图16所指示的，该操作被管理程序1650捕获，管理程序1650根据帧缓冲器描述符页面中的更新来调用显示后端服务1661(例如，PF驱动器)以配置显示硬件。

图19图示帧缓冲器描述符页面2001的一个实施例，其包括帧缓冲器描述符页面条目2902(例如，对于管道0和平面0)中所包括的特定数据字段。作为示例而非限制，数据字段包括平面位置、偏移、跨度和尺寸以及管道窗口位置和尺寸。可以在描述符页面1901内指定各种其他类型的数据，同时仍然符合本发明的基本原理。

在一个实施例中，整个管道可以被完全分配给一个VM，称为完全模式设置(假设允许这种宾客设置)。通过以原子方式调用主机物理功能驱动器1660来配置完全模式设置和显示翻页两者，以确保可以在一个事务中执行该配置。

在一实施例中，显示中断被注入到目标VM 1601-1604。在一个实施例中，支持不同类型的中断，包括响应于虚拟翻页操作的虚拟翻页触发的中断和响应于物理翻页中断的物理翻页中断。对于没有任何分配的物理平面的宾客虚拟显示器，虚拟翻页完成中断将根据计时器被定期注入。对于分配有物理平面的宾客虚拟显示器，翻页完成中断在物理中断处理程序的执行期间被注入。

与唯一地将硬件显示引擎提供给虚拟功能的现有系统相比，本发明的实施例在虚拟化环境中(即不受设备支持的#SRIOV功能的限制)是显著更加可缩放的并提供有效的显示支持。这些实施例还能够在具有不同特征的系统类型中使用而无需改变设备硬件，这些特征包括但不限于SR-IOV、可缩放IOV和容器模型。

完全虚拟化的物理功能显示模型实现可以实现上述益处中的一些。然而，这将需要大量的工程工作来解决诸如不同类型的显示端口寄存器的虚拟化之类的问题。这些特定的细节对于满足宾客显示要求不是必需的，并且可能导致性能问题。

本发明的实施例还可以与云服务器或其他计算设备中的现有的基于上游核的虚拟机和IO虚拟化(例如，VFIO)显示器一起使用。如图20所示，一个这样的实施例包括具有虚拟功能驱动器2041的虚拟机2040，该虚拟功能驱动器2041使用帧缓冲器描述符2051来指定宾客显示要求。如前所述，使用后端显示模型，其中宾客的虚拟功能驱动器2041调用主机中的后端显示服务2020以配置硬件显示器。在该特定实施例中，使用物理功能驱动器2010通过远程协议服务器2015来执行配置，以执行物理配置更新(例如，由PF 2061所指示的)。如前所述，VF驱动器2041还可经由虚拟功能2062访问GPU。在所示的实施例中，帧缓冲器描述符2051包括直接存储器访问缓冲器(DMA-BUF)文件描述符，其用于将宾客帧缓冲器暴露给主机。

车载信息娱乐(IVI)系统对汽车行业产生了显著影响。虚拟化在IVI系统中发挥关键作用，以用于合并安全关键性数字仪表板和安全度量(例如速度、扭矩等)以及显示信息娱乐应用的一些IVI系统。本发明的实施例提供了一种硬件虚拟化的GPU，其具有在高性能水平上满足IVI系统的显示要求的电路和逻辑。尽管关于Gen12 SR-IOV图形处理器描述了本发明的一些实施例，但是本发明的基本原理可以用各种不同类型的图形处理器、主机处理器和虚拟化架构来实现。

用于虚拟化图形处理器的有效本地显示共享的装置和方法

图21图示使用三个不同的VM(1-3)(各自具有用于生成图像帧的帧缓冲器2101-2103)的典型虚拟功能(VF)直接翻转实现。硬件显示引擎2100内的相关联的平面2111-2113是从包括三个VM(各自具有不同的用例)的相应帧缓冲器2101-2103更新的。如图所示，将三个平面2111-2113提供给管道2120，该管道将这些平面映射到显示输出2130。

利用负责控制显示引擎2100和平面2111-2113分配的物理功能(PF)，每个VF都有能力直接驱动分配的显示平面2111-2113，以分别从在VM自身的存储器中的每个相应帧缓冲器2101-2103扫描出像素数据给显示引擎2100。结果，系统可以利用显示引擎管道2120对来自不同VM的所有附接的帧缓冲器2101-2103的混合能力，并将最终图像递送到显示器2130。

参照图22，在原生环境中，根据经由显示驱动器2210分别附接在平面2211-2213上的帧缓冲器2201-2203的显示请求来管理和编程显示引擎2200。通常，显示更新是通过利用值对显示引擎2200的寄存器进行编程来实现的，这些值是根据附接到平面2211-2213的帧缓冲器的请求计算得出的。例如，在每次显示更新期间，在原生OS 2205中运行的显示引擎驱动器2210可能需要收集来自所有帧缓冲器2201-2203的显示引擎存储器请求，并随后为每个帧缓冲器分配资源并利用必要的值对显示管道2220进行编程。这些值必须根据附接在平面2211-2213上的帧缓冲器2201-2203的信息进行适当计算、并进行编程，以便实现最佳功率和性能。否则，可能会导致显示输出2130的损坏。

在图23中图示一个这样的示例，其中在显示输出2230上发生屏幕损坏。在这些VF直接翻转(Direct-Flip)系统中存在服务器显示硬件同步问题，因为附接在所分配的平面2211-2213上的帧缓冲器2101-2103由不同VM 1-3中的OS拥有并且主机OS 2300中的物理功能并不知道它们。没有与附接到平面2211-2213的帧缓冲器2201-2203有关的信息，显示驱动器2211不能正确地控制和编程显示引擎2200，这导致了显示输出2230的损坏。

即使如上所述虚拟功能直接翻转被移动到硬件中，这仍然是一个挑战。实际上，只要将一个显示管道的显示平面分配给不同的域，同步问题就仍是挑战。

先前的方案集中于提供一组固定配置，该组固定配置由物理功能用于管理和编程显示引擎。该方案预期物理功能用一组固定配置来对显示引擎2200进行编程，以满足来自附接在所分配的平面上的帧缓冲器的大多数请求，而不是将VM的帧缓冲器暴露给显示引擎在其中被控制的主机。然而，此解决方案并不能从根本上解决硬件同步问题。特别是，一组固定配置不能满足所有潜在的帧缓冲器显示请求，这将最终导致屏幕损坏。

此外，VM使用的显示资源可能少于固定配置，但是多余的部分无法被其他VM使用，因为这些资源在VM的生命周期期间是固定的，这使得系统对于处理实际用例而言不够灵活。

本发明的实施例通过以下方式解决了由于在VM之间共享本地显示平面而导致的这一硬件同步问题：将附接在所分配的平面上的VM的帧缓冲器引入主机侧作为主机的帧缓冲器对象，使得可以根据VM的帧缓冲器的请求及时地更新由PF控制的显示引擎。

图24图示用于同步由虚拟GPU共享的显示引擎硬件2200的框架的一个实施例。在该实施例中，主机OS 2400包括与VM帧缓冲器2201-2203相关联的一组本地信息2401-2403。在一个实施例中，帧缓冲器信息2401-2403由主机显示驱动器2411访问。使用该实施例，可以为每个虚拟功能分配某些显示平面2213-2211。特别是，由于主机显示驱动器2411所收集的信息2401-2403，虚拟功能直接将其帧缓冲器2201-2203分别附接到所分配的平面2211-2213，并执行如上所述的翻页操作，而不会引起任何显示同步问题。

图25图示与SR-IOV硬件虚拟化的GPU 2530一起操作的一个实施例的附加细节。该实施例通过将每个帧缓冲器引入到主机侧作为帧缓冲器对象，解决了由在虚拟机之间共享本地显示平面而引起的硬件同步问题。结果，能够根据VM的帧缓冲器的请求适当地控制由主机中的物理功能控制的显示引擎。

在图25所示的示例中，例如，多个虚拟机VM1-VMn的帧缓冲器2501-2503通过在主机2510(例如，可以是主机OS)上执行的映射而耦合到GPU 2530。特别地，主机2510包括显示中介组件2540和用于执行对显示器2536上的平面的附接并管理对显示器2536上的平面的渲染的物理功能GPU驱动器2515。每个帧缓冲器2501-2503分别提供执行到其分配的管道和平面的映射(例如，经由帧缓冲器对象)所需的虚拟功能信息2545-2547。

在该特定示例中，帧缓冲器2501提供包含针对VF1、管道0、平面0的信息的帧缓冲器对象2545；帧缓冲器2502提供具有针对VF1、管道0、平面1的信息的帧缓冲器对象2546；并且帧缓冲器#2503提供具有针对VFn、管道#、平面#2547的信息的帧缓冲器对象2547。在该示例中，#用作通配符以指示可以使用被映射到任意数量的管道/平面的、具有任意数量的虚拟功能的任意数量的帧缓冲器来实现本发明的实施例。在一个实施例中，物理功能GPU驱动器2515对虚拟功能帧缓冲器信息2545-2547进行解码以生成经解码的帧缓冲器对象2525-2527，物理功能GPU驱动器2515使用该经解码的帧缓冲器对象2525-2527正确地配置GPU2530并渲染显示输出2536。

在一个实现中，诸如VM1-VMn之类的宾客如上所述地将其帧缓冲器2501-2503附接到其虚拟平面以执行直接的翻页(例如，参见图16-图20和相关联的文本)。由主机中2510中的显示中介组件2540捕获到此操作，在显示中介组件2540中虚拟平面状态被递送到PF GPU驱动器2515。如所提及的，在一个实施例中，PF GPU驱动器2515通过将虚拟平面状态2545-2547解码为经解码的帧缓冲器信息2525-2527来检取宾客帧缓冲器2515的信息。对于具有直接翻页支持的虚拟功能，可以通过虚拟功能平面寄存器对宾客帧缓冲器的信息进行解码。

在一个实施例中，经解码的帧缓冲器信息2525-2527包括以下各项：

在一个实施例中，PF GPU驱动器2515的平面更新仲裁器2520在各个宾客之间进行仲裁，从而根据需要执行对物理功能基址寄存器(BAR)2532的显示引擎更新2522和显示平面更新2524。

图25还图示在一个实施例中实现的中断路径，在该实施例中，由显示器2536生成的中断2535被显示中介组件2540拦截，并传递给适当的虚拟机(例如，中断所指向的虚拟机，诸如VM1或VMn)。虚拟机可以忽略该中断、处理该中断和/或生成对中断2535的响应。

本发明的一个实施例在没有硬件VF直接翻转支持的平台上实现。特别地，利用经解码的帧缓冲器信息2525，框架通过显示平面更新为VF提供直接翻转特征，并使用显示引擎更新路径2522来使显示硬件2536同步。

在一个实施例中，框架将检查以确定该VF翻页是否需要显示引擎更新。如果帧缓冲器的尺寸和格式没有改变，则选择显示平面更新路径以代表VF根据帧缓冲器信息对所分配的平面寄存器进行编程。如果帧缓冲器的尺寸和格式发生了变化，则将选择显示引擎更新路径，以重新计算显示资源，并根据帧缓冲器信息对有关的显示引擎寄存器(包括分配的平面寄存器)进行编程。

对于具有硬件VF直接翻转支持的平台，利用经解码的帧缓冲器信息，所提出的有效框架按如下方式进行显示平面更新。计算资源，并在存储器中更新有关的显示引擎配置。使用存储器中的更新的配置对有关的显示引擎寄存器进行编程。

对于中断处理，将垂直空白、翻页和原子中断事件注入到拥有给定管道的一个或多个平面的每个VM中。

在图26中图示根据本发明的一个实施例的方法。该方法可以在上述系统架构的情境内实现，但是不必限于本文所记载的任何特定细节。

在2600处，宾客(例如，在虚拟机中运行的OS)生成平面翻页。在2601处，主机捕获VM翻页操作。如果在2602处确定虚拟功能具有所分配的平面，则在2603处通过递送的平面状态来解码VM帧缓冲器信息。如果虚拟功能不具有所分配的平面，则在2607处完成翻页操作。

一旦在2603处对VM帧缓冲器信息进行了解码，就在2604处确定VM的帧缓冲器是否仅正在请求平面更新。如果是，则在2605处显示平面更新。如果不是，则在2606处显示引擎更新。无论在哪种情况下，都在2607处完成翻页，并且过程返回到2600处的宾客。

示例

以下是本发明的不同实施例的示例实现方式。

示例1：一种图形处理装置，包括：主机执行电路，用于执行指令以实现主机和执行虚拟化指令以实现包括多个虚拟机(VM)的虚拟化执行环境；图形执行电路，用于执行图形指令以代表每个VM渲染帧缓冲器，每个帧缓冲器与虚拟功能(VF)相关联；以及显示引擎，包括一个或多个显示管道和多个显示平面；其中动态映射将被执行以将帧缓冲器中的一个或多个与显示平面中的一个或多个相关联，该动态映射包括生成具有由主机的物理功能(PF)用于更新一个或多个显示平面所需的帧缓冲器信息的帧缓冲器对象。

示例2：如示例1的图形处理装置，其中，帧缓冲器信息包括帧缓冲器尺寸。

示例3：如示例1的图形处理装置，其中，帧缓冲器信息包括帧缓冲器格式。

示例4：如示例1的图形处理装置，其中，帧缓冲器信息包括与帧缓冲器相关联的基址。

示例5：如示例1的图形处理装置，进一步包括：帧缓冲器信息解码器，用于读取帧缓冲器对象并生成对应的经解码的帧缓冲器信息。

示例6：如示例5的图形处理装置，进一步包括：由主机实现的平面更新仲裁器，用于使用经解码的帧缓冲器信息来执行显示引擎更新和/或显示平面更新。

示例7：如示例6的图形处理装置，其中，显示引擎更新和/或显示平面更新包括：更新图形执行电路的一个或多个寄存器以指示动态映射以将一个或多个帧缓冲器与显示平面中的一个或多个相关联。

示例8：如示例1的图形处理装置，其中，每个帧缓冲器对象包括虚拟功能编号，用于标识与对应的帧缓冲器相关联的虚拟功能。

示例9：如示例8的图形处理装置，其中，每个帧缓冲器对象进一步包括平面标识符和管道标识符，用于指示与对应的帧缓冲器相关联的显示引擎的平面和管道。

示例10：一种方法，包括：执行主机指令以实现主机和包括多个虚拟机(VM)的虚拟化执行环境；由图形执行电路执行图形指令以代表每个VM渲染帧缓冲器，每个帧缓冲器与虚拟功能(VF)相关联；将帧缓冲器动态地映射到显示引擎的一个或多个显示平面，其中，动态地映射包括生成具有由主机的物理功能(PF)用于更新一个或多个显示平面所需的帧缓冲器信息的帧缓冲器对象。

示例11：如示例10的方法，其中，帧缓冲器信息包括帧缓冲器尺寸。

示例12：如示例10的方法，其中，帧缓冲器信息包括帧缓冲器格式。

示例13：如示例10的方法，其中，帧缓冲器信息包括与帧缓冲器相关联的基址。

示例14：如示例10的方法，进一步包括：读取帧缓冲器对象；并生成对应的经解码的帧缓冲器信息。

示例15：如示例14的方法，进一步包括：使用经解码的帧缓冲器信息执行显示引擎更新和/或显示平面更新。

示例16：如示例15的方法，其中，显示引擎更新和/或显示平面更新包括：更新图形执行电路的一个或多个寄存器以指示动态映射以将一个或多个帧缓冲器与显示平面中的一个或多个相关联。

示例17：如示例10的方法，其中，每个帧缓冲器对象包括虚拟功能编号，用于标识与对应的帧缓冲器相关联的虚拟功能。

示例18：如示例17的方法，其中，每个帧缓冲器对象进一步包括平面标识符和管道标识符，用于指示与对应的帧缓冲器相关联的显示引擎的平面和管道。

示例19：一种机器可读介质，具有存储于其上的程序代码，所述程序代码当由机器执行时，使机器执行以下操作：执行主机指令以实现主机和包括多个虚拟机(VM)的虚拟化执行环境；由图形执行电路执行图形指令以代表每个VM渲染帧缓冲器，每个帧缓冲器与虚拟功能(VF)相关联；将帧缓冲器动态地映射到显示引擎的一个或多个显示平面，其中，动态地映射包括生成具有由主机的物理功能(PF)用于更新一个或多个显示平面所需的帧缓冲器信息的帧缓冲器对象。

示例20：如示例19的机器可读介质，其中，帧缓冲器信息包括帧缓冲器尺寸。

示例21：如示例19的机器可读介质，其中，帧缓冲器信息包括帧缓冲器格式。

示例22：如示例19的机器可读介质，其中，帧缓冲器信息包括与帧缓冲器相关联的基址。

示例23：如示例19的机器可读介质，进一步包括用于使机器执行以下操作的程序代码：读取帧缓冲器对象；并生成对应的经解码的帧缓冲器信息。

示例24：如示例23的机器可读介质，进一步包括用于使机器执行以下操作的程序代码：使用经解码的帧缓冲器信息执行显示引擎更新和/或显示平面更新。

示例25：如示例24的机器可读介质，其中，显示引擎更新和/或显示平面更新包括：更新图形执行电路的一个或多个寄存器以指示动态映射以将一个或多个帧缓冲器与显示平面中的一个或多个相关联。

示例26：如示例19的机器可读介质，其中，每个帧缓冲器对象包括虚拟功能编号，用于标识与对应的帧缓冲器相关联的虚拟功能。

示例27：如示例26的机器可读介质，其中，每个帧缓冲器对象进一步包括平面标识符和管道标识符，用于指示与对应的帧缓冲器相关联的显示引擎的平面和管道。

本发明的实施例为不具有硬件直接翻转支持的虚拟GPU提供了通过显示中介执行直接翻转的能力并且没有引起任何硬件同步问题。

交互式车辆信息娱乐(IVI)系统对汽车行业产生了显著影响。虚拟化在这些系统中起着关键作用，以用于合并显示安全度量(例如，速度、扭矩等)安全关键性数字仪表板以及一些信息娱乐应用。

本地显示共享机制的一个实施例为SR-IOV硬件虚拟化的GPU以及虚拟GPU提供了能够以高性能和可接受的用户体验满足IVI系统的显示要求的能力。SR-IOV硬件虚拟化的GPU可以直接驱动分配的显示平面，以将像素数据从VM自身存储器中的帧缓冲器扫描到显示引擎的HW平面，而不会引起任何同步问题。因此，系统可以利用显示控制器的针对来自不同VM的所有附接的帧缓冲器的混合能力，并将最终图像递送到显示监测器。

本发明的实施例可包括上文已经描述的各步骤。这些步骤可以被具体化为机器可执行指令，这些机器可执行指令可以用于使通用或专用处理器执行这些步骤。替代地，这些步骤可由包含用于执行这些步骤的硬接线逻辑的特定硬件组件来执行，或者由经编程的计算机组件和定制硬件组件的任何组合来执行。

如本文中所描述，指令可以指诸如专用集成电路(ASIC)的硬件的特定配置，该专用集成电路被配置用于执行某些操作或者具有预定功能或存储在被具体化为非暂态计算机可读介质的存储器中的软件指令。因此，可以使用在一个或多个电子设备(例如，端站、网络元件等)上存储并执行的代码和数据来实现附图中示出的技术。此类电子设备使用计算机机器可读介质(在内部和/或通过网络与其他电子设备)存储和传达代码和数据，计算机机器可读介质诸如非暂态计算机机器可读存储介质(例如，磁盘；光盘；随机存取存储器；只读存储器；闪存设备；相变存储器)以及暂态计算机机器可读通信介质(例如，电、光、声或其他形式的传播信号——诸如载波、红外信号、数字信号等)。

此外，此类电子设备典型地包括耦合到一个或多个其他组件(诸如，一个或多个存储设备(非暂态机器可读存储介质)、用户输入/输出设备(例如，键盘、触摸屏和/或显示器)、以及网络连接)的一个或多个处理器的集合。处理器的集合和其他组件的耦合典型地通过一个或多个总线和桥接器(也被称为总线控制器)。承载网络通信量的存储设备和信号分别表示一个或多个机器可读存储介质和机器可读通信介质。因此，给定电子设备的存储设备典型地存储用于在该电子设备的一个或多个处理器的集合上执行的代码和/或数据。当然，可以使用软件、固件、和/或硬件的不同组合来实现本发明的实施例的一个或多个部分。贯穿此具体实施方式，出于解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一些的情况下实现本发明。在某些实例中，未详细地描述公知结构和功能以避免使本发明的主题模糊。因此，本发明的范围和精神应根据所附权利要求来判定。