Linux 上でのゲームフレームワーク

   Cerium Task Manager

   Blender / SceneGraph

Cell ってどうなの?

   結局、Video Chip に触れない

   SPUでレンダリング 

     ソフトレンダリングにしては速いが...

   新型PS3では、Linux は使えない

   とかいろいろだめ

Cell Architecture

Linux 側から使える SPE は 6 個
SPE は 256KB の Local Store (LS)
SPE からメインメモリへ直接アクセスできない (DMAを使う)
SPE は 128 ビットレジスタを 128 個持っている
楽するための並列プログラム
トリビアルなプログラムでも並列実行する必要がある

Single Thread でもPPE がクソ遅いので、SPEで実行するべき

例えば、
```
    Word Count
```
プログラムを Task に分割

Task には依存関係がある

Open/CL , Spurs Engine
並列性
- データ並列
- パイプライン

階層的並列プログラミング

      Row Level での並列性 

        Vector/Streaming

        結局、データ並列とパイプライン

      SPE Level での

        データ読み込み、 実行、データ書込

        のパイプライン並列

      High Level での並列性

        Rendering

        Scene Graph

データ読み込み、実行、データ書込

パイプラインバッファはいくつ?

Task は良いけど、データはどうするの?

データを右から左に...

     処理中に必要なデータがメインメモリ上にある

     でも、SPE には、256k しかメモリがない

メインメモリ(256MB、広くはないが十分)から、256Kに必要なだけキャッシュする

     ハードウェアでやれよ!

     普通の並列ハードウェアはキャッシュになっている

     IBMはそう提案したらしいが、SCEの人が拒否したらしい

なので、自分でキャッシュする必要がある

Cerium Task Manager

       Open/GL Mesa に Cell driver を書いたが、

       メインメモリに依存しすぎ

       Task base で書く必要がある

       Redering Engine も自前で一つ持っていて良い

       SPEは256Kなのでコード管理も必要

       SPURSは公開されないらしい

そんな経緯で作成することに...

Crium Task Manager の特徴

       PPU/SPUで、Task の互換性がある

          SPU上の最適化は当面禁止

       OS X 上でも動く

          コードのデバッグはOS X 上でやる

          並列化とチューニングだけPS3上で行なう

       SPU上のメモリをCode と Data を Hash とメモリリストで管理する

       SPUに入り切らない巨大なTaskでも実行できる

ゲームの作り方

       Blender で、3Dモデリング

            階層化、グルーピング

       これを、Blender の Python plugin で XMLに変換

            画像/Texture もXMLに埋め込まれる

       XMLを読み込み SceneGraph を作る

Blender から SceneGraph 用の xml 生成
PythonScript の導入
1. Blender をダウンロードしてインストール
2. export_xml.py を用意する
3. "/Applications/blender-version/blender.app/Contens/MacOS/.blender/scripts
  "
```
           以下にexport_xml.py をコピー
```
4. Blender を起動すると File -> Export に Libps3 (.xml) が追加される
ゲームの初期化部分でcrateFromXMLfileを呼ぶ
```
void

game_init(TaskManager *manager, int bg)

{

   sgroot->createFromXMLfile(manager, "xml_file/SG.xml");


...
```

SceneGraph

       階層化された3Dオブジェクト

       子供の向きを決定する変換行列

       Camera

       背景

       入力デバイス

SceneGraph のノードには、

       MoveTask

       Collision Task 

       がある

ゲームとは、

       SceneGraph を

         MoveTask

         CollsionTask

      で書き換えていく

         MoveTask, CollsionTask は、ステートパターンで

         入れ換えられる

これで、すべて書ける。

つまり、
```
    SceneGraph の構築

    MoveTask

    CollsionTask
```
だけを書けば、あとは、Cell が自動的に並列に実行してくれる

Task の作り方

SchedTask を継承した class を作る



class SpeTask : public SchedTask {

    SchedConstructor( SpeTask );

    int run(TaskManager *manager, void *rbuf, void *wbuf);


};

run 関数は Task における main 関数のようなもの
SchedConstructor() で class 名を登録する
(C++のnew を使うとメモリを食われる...)

SchedRegisterTask(TASK_SPE, SpeTask) で SpeTask に TASK_SPE という ID をつけて
登録します

Task の作り方(Con't)



/* 先ほど登録した ID を指定して Task を生成 */

HTaskPtr task = manager->create_task(TASK_SPE);

/* 入出力先の指定 */

task->add_inData(rbuff, rbuff_SIZE);

task->add_outData(wbuff, wbuff_SIZE);

/* CPU の指定 */

task->set_cpu(SPE_ANY);

/* Task の投入 */

task->spawn();

Task の作り方(Con't)

Task は依存関係を記述する事ができる



/* taskB は taskA が終わるまで待つ */

taskB->wait_for(taskA);

/* taskC は taskB が終わるまで待つ */

taskC->wait_for(taskB);

並列アーキテクチャは並列でないと...
特に、Cell/PS3 は、SPUで実行しないとだめ
```
     既存のプログラミングでは、まったく歯が立たない
```
トリビアルなプログラムでも、並列にする必要がある

WordCount

      Task をグラフ構造的に構築する (SceneGraphのMoveTask)

      File を mmap する

      mmap した部分をTask に割り当て、word countする

      Task の構築

      Task の依存関係

    char *file_mmap = st_mmap.file_mmap;

WordCount

WordCount

    int word_flag = 0;

    int i;

    for (i = 0; i < task_num; i++) {

        t_exec = manager->create_task(TASK_EXEC);

        t_exec->add_inData(file_mmap + i*division_size, division_size);

        t_exec->add_outData(o_data + i*status_num, division_out_size);

        t_exec->add_param(division_size);

        t_exec->add_param(word_flag);

        t_exec->set_cpu(SPE_ANY);

        t_print->wait_for(t_exec);

        t_exec->spawn();

        word_flag = ((file_mmap[(i+1)*division_size-1] != 0x20) && (file_mmap[(i+

1)*division_size-1] != 0x0A));

        size -= division_size;

    }

WordCount 各SPEの結果を合計



       ....

    /* taskの数 */

    int task_num = size / division_size;

    int out_task_num = task_num + (division_size*task_num < size);

    t_print = manager->create_task(TASK_PRINT);

    t_print->add_inData(o_data, out_size);

    t_print->add_param(out_task_num);

    t_print->add_param(status_num);

やってはいけないこと

      最初に大量のTaskをすべて作る

      Task が自分でデータを拾って来る

      Task 同士が、同期を行なう

Cerium Engine での同期

      Task 内では同期はしない

      Local Storage/専有したメインメモリしか使わない

      Task が終了した時に、Single Thread で動いているPPE

      がデータの整理/同期を行なう

      Task 側では、Task の生成は行なわない

      Task の post_func (continuation) で、Taskを生成する

SPE Task, PPE Task

      Task 内で生成しても即座には実行されない

      Task 終了時に、SPEに送る Task List が作られる

      Task List のアドレスがSPEにメールされる

      SPEがメールを見て、Task List を読み込み実行する

      Task List の読み込みとSPEのTaskの実行は並列

      Task List がなくなる(なくなりそうになると)と、

           PPEにメールで要求する

PPE Task

      SPE Task と互換。メインメモリを自由に参照できる

Fifo TaskManager

全部、同じCPU上で実行する。

OS X 上で動作する (Linux でも)

デバッグ用

MemList と Hash

      get_segment/put_segment/wait_segement

      明示的にキャッシュ制御する必要がある

特に、

Dynamic SPE Task

      SPE上に常駐しないTask

      MemList と Hash で管理されている

256K (GBAと同じ!?) しかメモリがないので重要

SPU上でのコード管理

       GCCのOverlayを使う 

       Overlay では、異なる場所にコードを置けない

         部分的にPICではなく、絶対参照に変更する

       自分自身へは相対参照。ライブラリへは絶対参照

       Perl Script で書き換える

Task list

       task_list にオブジェクト生成するコードを入れる

       オブジェクトが生成されてしまえば、普通に扱える

       task 実行中にコードが追い出されることはない

           現在実行中のコード

           次にロードするコード

       の二つは必ずメモリ上にある

SceneGraph と Rendering Engine

      SceneGraph -> SceneGraph

      SceneGraph -> Polygon

      Polygon -> Span Pack

      Span Pack を Texture を使って Rendering

      これらを大きく並列に実行する

      Rendering は細かく並列に実行する

SceneGraph と Rendering Engine

1 dot 1 dot SPUが書いていく
Rendering Task
SG2PP
- SceneGraph を操作後、ポリゴンに変換し PolygonPack (ポリゴンの集合)を生成する
- ポリゴンの中から、Span (ポリゴン内にあるx軸に水平な線分) を抽出し、 SpanPack (Span の集合)を生成する
- Span を使って 1 ラインずつ FrameBuffer に描画していく

Demo されている Chain

      相互制約が非常に大きい物理シミュレーションの例

      非ホロノミック系なので、単純な積分では力学を決定できない

      SPU上で、すべての要素を同時に計算する必要がある

          (あまり並列計算向きではない...ベクトル向き)

(地味です...)

まとめ
Blender/Linux/Cerium を用いたオープンソースなゲームフレームワーク

SceneGraphを作れば、move/collision を記述するだけで並列に実行される

ソフトウェアレンダリングなんで、なんでも自分で書ける
将来的には、
- C++ やめたい。悪いことばかり。メモリ食い。
- CbC (Continuatin based C)で書き直す予定。
- Cell は、やばそうなので、新しい並列アーキテクチャとか。
- Open Scene Graph, Open/CLとの関係とか。

2009-09-26 (土) Cerium を用いた PS3 でのゲームの作り方

Linux 上でのゲームフレームワーク

Cell ってどうなの?

Cell Architecture

楽するための並列プログラム

プログラムを Task に分割

並列性

階層的並列プログラミング

データ読み込み、 実行、データ書込

Task は良いけど、データはどうするの?

Cerium Task Manager

Crium Task Manager の特徴

ゲームの作り方

Blender から SceneGraph 用の xml 生成

SceneGraph

ゲームとは、

つまり、

Task の作り方

Task の作り方(Con't)

Task の作り方(Con't)

並列アーキテクチャは並列でないと...

WordCount

WordCount

WordCount

WordCount 各SPEの結果を合計

やってはいけないこと

Cerium Engine での同期

SPE Task, PPE Task

Fifo TaskManager

MemList と Hash

SPU上でのコード管理

Task list

SceneGraph と Rendering Engine

SceneGraph と Rendering Engine

Rendering Task

Demo されている Chain

まとめ

将来的には、

データ読み込み、実行、データ書込