git subrepo clone https://github.com/libretro/libretro-common.git deps/libretro-common
[pcsx_rearmed.git] / deps / libretro-common / include / libretro_vulkan.h
1 /* Copyright (C) 2010-2020 The RetroArch team
2  *
3  * ---------------------------------------------------------------------------------------------
4  * The following license statement only applies to this libretro API header (libretro_vulkan.h)
5  * ---------------------------------------------------------------------------------------------
6  *
7  * Permission is hereby granted, free of charge,
8  * to any person obtaining a copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
9  * to deal in the Software without restriction, including without limitation the rights to
10  * use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software,
11  * and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
12  *
13  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all copies or substantial portions of the Software.
14  *
15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED,
16  * INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY,
19  * WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
20  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
21  */
22
23 #ifndef LIBRETRO_VULKAN_H__
24 #define LIBRETRO_VULKAN_H__
25
26 #include <libretro.h>
27 #include <vulkan/vulkan.h>
28
29 #define RETRO_HW_RENDER_INTERFACE_VULKAN_VERSION 5
30 #define RETRO_HW_RENDER_CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE_VULKAN_VERSION 2
31
32 struct retro_vulkan_image
33 {
34    VkImageView image_view;
35    VkImageLayout image_layout;
36    VkImageViewCreateInfo create_info;
37 };
38
39 typedef void (*retro_vulkan_set_image_t)(void *handle,
40       const struct retro_vulkan_image *image,
41       uint32_t num_semaphores,
42       const VkSemaphore *semaphores,
43       uint32_t src_queue_family);
44
45 typedef uint32_t (*retro_vulkan_get_sync_index_t)(void *handle);
46 typedef uint32_t (*retro_vulkan_get_sync_index_mask_t)(void *handle);
47 typedef void (*retro_vulkan_set_command_buffers_t)(void *handle,
48       uint32_t num_cmd,
49       const VkCommandBuffer *cmd);
50 typedef void (*retro_vulkan_wait_sync_index_t)(void *handle);
51 typedef void (*retro_vulkan_lock_queue_t)(void *handle);
52 typedef void (*retro_vulkan_unlock_queue_t)(void *handle);
53 typedef void (*retro_vulkan_set_signal_semaphore_t)(void *handle, VkSemaphore semaphore);
54
55 typedef const VkApplicationInfo *(*retro_vulkan_get_application_info_t)(void);
56
57 struct retro_vulkan_context
58 {
59    VkPhysicalDevice gpu;
60    VkDevice device;
61    VkQueue queue;
62    uint32_t queue_family_index;
63    VkQueue presentation_queue;
64    uint32_t presentation_queue_family_index;
65 };
66
67 /* This is only used in v1 of the negotiation interface.
68  * It is deprecated since it cannot express PDF2 features or optional extensions. */
69 typedef bool (*retro_vulkan_create_device_t)(
70       struct retro_vulkan_context *context,
71       VkInstance instance,
72       VkPhysicalDevice gpu,
73       VkSurfaceKHR surface,
74       PFN_vkGetInstanceProcAddr get_instance_proc_addr,
75       const char **required_device_extensions,
76       unsigned num_required_device_extensions,
77       const char **required_device_layers,
78       unsigned num_required_device_layers,
79       const VkPhysicalDeviceFeatures *required_features);
80
81 typedef void (*retro_vulkan_destroy_device_t)(void);
82
83 /* v2 CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE only. */
84 typedef VkInstance (*retro_vulkan_create_instance_wrapper_t)(
85       void *opaque, const VkInstanceCreateInfo *create_info);
86
87 /* v2 CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE only. */
88 typedef VkInstance (*retro_vulkan_create_instance_t)(
89       PFN_vkGetInstanceProcAddr get_instance_proc_addr,
90       const VkApplicationInfo *app,
91       retro_vulkan_create_instance_wrapper_t create_instance_wrapper,
92       void *opaque);
93
94 /* v2 CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE only. */
95 typedef VkDevice (*retro_vulkan_create_device_wrapper_t)(
96       VkPhysicalDevice gpu, void *opaque,
97       const VkDeviceCreateInfo *create_info);
98
99 /* v2 CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE only. */
100 typedef bool (*retro_vulkan_create_device2_t)(
101       struct retro_vulkan_context *context,
102       VkInstance instance,
103       VkPhysicalDevice gpu,
104       VkSurfaceKHR surface,
105       PFN_vkGetInstanceProcAddr get_instance_proc_addr,
106       retro_vulkan_create_device_wrapper_t create_device_wrapper,
107       void *opaque);
108
109 /* Note on thread safety:
110  * The Vulkan API is heavily designed around multi-threading, and
111  * the libretro interface for it should also be threading friendly.
112  * A core should be able to build command buffers and submit
113  * command buffers to the GPU from any thread.
114  */
115
116 struct retro_hw_render_context_negotiation_interface_vulkan
117 {
118    /* Must be set to RETRO_HW_RENDER_CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE_VULKAN. */
119    enum retro_hw_render_context_negotiation_interface_type interface_type;
120    /* Usually set to RETRO_HW_RENDER_CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE_VULKAN_VERSION,
121     * but can be lower depending on GET_HW_RENDER_CONTEXT_NEGOTIATION_INTERFACE_SUPPORT. */
122    unsigned interface_version;
123
124    /* If non-NULL, returns a VkApplicationInfo struct that the frontend can use instead of
125     * its "default" application info.
126     * VkApplicationInfo::apiVersion also controls the target core Vulkan version for instance level functionality.
127     * Lifetime of the returned pointer must remain until the retro_vulkan_context is initialized.
128     *
129     * NOTE: For optimal compatibility with e.g. Android which is very slow to update its loader,
130     * a core version of 1.1 should be requested. Features beyond that can be requested with extensions.
131     * Vulkan 1.0 is only appropriate for legacy cores, but is still supported.
132     * A frontend is free to bump the instance creation apiVersion as necessary if the frontend requires more advanced core features.
133     *
134     * v2: This function must not be NULL, and must not return NULL.
135     * v1: It was not clearly defined if this function could return NULL.
136     *     Frontends should be defensive and provide a default VkApplicationInfo
137     *     if this function returns NULL or if this function is NULL.
138     */
139    retro_vulkan_get_application_info_t get_application_info;
140
141    /* If non-NULL, the libretro core will choose one or more physical devices,
142     * create one or more logical devices and create one or more queues.
143     * The core must prepare a designated PhysicalDevice, Device, Queue and queue family index
144     * which the frontend will use for its internal operation.
145     *
146     * If gpu is not VK_NULL_HANDLE, the physical device provided to the frontend must be this PhysicalDevice if the call succeeds.
147     * The core is still free to use other physical devices for other purposes that are private to the core.
148     *
149     * The frontend will request certain extensions and layers for a device which is created.
150     * The core must ensure that the queue and queue_family_index support GRAPHICS and COMPUTE.
151     *
152     * If surface is not VK_NULL_HANDLE, the core must consider presentation when creating the queues.
153     * If presentation to "surface" is supported on the queue, presentation_queue must be equal to queue.
154     * If not, a second queue must be provided in presentation_queue and presentation_queue_index.
155     * If surface is not VK_NULL_HANDLE, the instance from frontend will have been created with supported for
156     * VK_KHR_surface extension.
157     *
158     * The core is free to set its own queue priorities.
159     * Device provided to frontend is owned by the frontend, but any additional device resources must be freed by core
160     * in destroy_device callback.
161     *
162     * If this function returns true, a PhysicalDevice, Device and Queues are initialized.
163     * If false, none of the above have been initialized and the frontend will attempt
164     * to fallback to "default" device creation, as if this function was never called.
165     */
166    retro_vulkan_create_device_t create_device;
167
168    /* If non-NULL, this callback is called similar to context_destroy for HW_RENDER_INTERFACE.
169     * However, it will be called even if context_reset was not called.
170     * This can happen if the context never succeeds in being created.
171     * destroy_device will always be called before the VkInstance
172     * of the frontend is destroyed if create_device was called successfully so that the core has a chance of
173     * tearing down its own device resources.
174     *
175     * Only auxillary resources should be freed here, i.e. resources which are not part of retro_vulkan_context.
176     * v2: Auxillary instance resources created during create_instance can also be freed here.
177     */
178    retro_vulkan_destroy_device_t destroy_device;
179
180    /* v2 API: If interface_version is < 2, fields below must be ignored.
181     * If the frontend does not support interface version 2, the v1 entry points will be used instead. */
182
183    /* If non-NULL, this is called to create an instance, otherwise a VkInstance is created by the frontend.
184     * v1 interface bug: The only way to enable instance features is through core versions signalled in VkApplicationInfo.
185     * The frontend may request that certain extensions and layers
186     * are enabled on the VkInstance. Application may add additional features.
187     * If app is non-NULL, apiVersion controls the minimum core version required by the application.
188     * Return a VkInstance or VK_NULL_HANDLE. The VkInstance is owned by the frontend.
189     *
190     * Rather than call vkCreateInstance directly, a core must call the CreateInstance wrapper provided with:
191     * VkInstance instance = create_instance_wrapper(opaque, &create_info);
192     * If the core wishes to create a private instance for whatever reason (relying on shared memory for example),
193     * it may call vkCreateInstance directly. */
194    retro_vulkan_create_instance_t create_instance;
195
196    /* If non-NULL and frontend recognizes negotiation interface >= 2, create_device2 takes precedence over create_device.
197     * Similar to create_device, but is extended to better understand new core versions and PDF2 feature enablement.
198     * Requirements for create_device2 are the same as create_device unless a difference is mentioned.
199     *
200     * v2 consideration:
201     * If the chosen gpu by frontend cannot be supported, a core must return false.
202     *
203     * NOTE: "Cannot be supported" is intentionally vaguely defined.
204     * Refusing to run on an iGPU for a very intensive core with desktop GPU as a minimum spec may be in the gray area.
205     * Not supporting optional features is not a good reason to reject a physical device, however.
206     *
207     * On device creation feature with explicit gpu, a frontend should fall back create_device2 with gpu == VK_NULL_HANDLE and let core
208     * decide on a supported device if possible.
209     *
210     * A core must assume that the explicitly provided GPU is the only guaranteed attempt it has to create a device.
211     * A fallback may not be attempted if there are particular reasons why only a specific physical device can work,
212     * but these situations should be esoteric and rare in nature, e.g. a libretro frontend is implemented with external memory
213     * and only LUID matching would work.
214     * Cores and frontends should ensure "best effort" when negotiating like this and appropriate logging is encouraged.
215     *
216     * v1 note: In the v1 version of create_device, it was never expected that create_device would fail like this,
217     * and frontends are not expected to attempt fall backs.
218     *
219     * Rather than call vkCreateDevice directly, a core must call the CreateDevice wrapper provided with:
220     * VkDevice device = create_device_wrapper(gpu, opaque, &create_info);
221     * If the core wishes to create a private device for whatever reason (relying on shared memory for example),
222     * it may call vkCreateDevice directly.
223     *
224     * This allows the frontend to add additional extensions that it requires as well as adjust the PDF2 pNext as required.
225     * It is also possible adjust the queue create infos in case the frontend desires to allocate some private queues.
226     *
227     * The get_instance_proc_addr provided in create_device2 must be the same as create_instance.
228     *
229     * NOTE: The frontend must not disable features requested by application.
230     * NOTE: The frontend must not add any robustness features as some API behavior may change (VK_EXT_descriptor_buffer comes to mind).
231     * I.e. robustBufferAccess and the like. (nullDescriptor from robustness2 is allowed to be enabled).
232     */
233    retro_vulkan_create_device2_t create_device2;
234 };
235
236 struct retro_hw_render_interface_vulkan
237 {
238    /* Must be set to RETRO_HW_RENDER_INTERFACE_VULKAN. */
239    enum retro_hw_render_interface_type interface_type;
240    /* Must be set to RETRO_HW_RENDER_INTERFACE_VULKAN_VERSION. */
241    unsigned interface_version;
242
243    /* Opaque handle to the Vulkan backend in the frontend
244     * which must be passed along to all function pointers
245     * in this interface.
246     *
247     * The rationale for including a handle here (which libretro v1
248     * doesn't currently do in general) is:
249     *
250     * - Vulkan cores should be able to be freely threaded without lots of fuzz.
251     *   This would break frontends which currently rely on TLS
252     *   to deal with multiple cores loaded at the same time.
253     * - Fixing this in general is TODO for an eventual libretro v2.
254     */
255    void *handle;
256
257    /* The Vulkan instance the context is using. */
258    VkInstance instance;
259    /* The physical device used. */
260    VkPhysicalDevice gpu;
261    /* The logical device used. */
262    VkDevice device;
263
264    /* Allows a core to fetch all its needed symbols without having to link
265     * against the loader itself. */
266    PFN_vkGetDeviceProcAddr get_device_proc_addr;
267    PFN_vkGetInstanceProcAddr get_instance_proc_addr;
268
269    /* The queue the core must use to submit data.
270     * This queue and index must remain constant throughout the lifetime
271     * of the context.
272     *
273     * This queue will be the queue that supports graphics and compute
274     * if the device supports compute.
275     */
276    VkQueue queue;
277    unsigned queue_index;
278
279    /* Before calling retro_video_refresh_t with RETRO_HW_FRAME_BUFFER_VALID,
280     * set which image to use for this frame.
281     *
282     * If num_semaphores is non-zero, the frontend will wait for the
283     * semaphores provided to be signaled before using the results further
284     * in the pipeline.
285     *
286     * Semaphores provided by a single call to set_image will only be
287     * waited for once (waiting for a semaphore resets it).
288     * E.g. set_image, video_refresh, and then another
289     * video_refresh without set_image,
290     * but same image will only wait for semaphores once.
291     *
292     * For this reason, ownership transfer will only occur if semaphores
293     * are waited on for a particular frame in the frontend.
294     *
295     * Using semaphores is optional for synchronization purposes,
296     * but if not using
297     * semaphores, an image memory barrier in vkCmdPipelineBarrier
298     * should be used in the graphics_queue.
299     * Example:
300     *
301     * vkCmdPipelineBarrier(cmd,
302     *    srcStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_ALL_GRAPHICS_BIT,
303     *    dstStageMask = VK_PIPELINE_STAGE_FRAGMENT_SHADER_BIT,
304     *    image_memory_barrier = {
305     *       srcAccessMask = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT,
306     *       dstAccessMask = VK_ACCESS_SHADER_READ_BIT,
307     *    });
308     *
309     * The use of pipeline barriers instead of semaphores is encouraged
310     * as it is simpler and more fine-grained. A layout transition
311     * must generally happen anyways which requires a
312     * pipeline barrier.
313     *
314     * The image passed to set_image must have imageUsage flags set to at least
315     * VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_SRC_BIT and VK_IMAGE_USAGE_SAMPLED_BIT.
316     * The core will naturally want to use flags such as
317     * VK_IMAGE_USAGE_COLOR_ATTACHMENT_BIT and/or
318     * VK_IMAGE_USAGE_TRANSFER_DST_BIT depending
319     * on how the final image is created.
320     *
321     * The image must also have been created with MUTABLE_FORMAT bit set if
322     * 8-bit formats are used, so that the frontend can reinterpret sRGB
323     * formats as it sees fit.
324     *
325     * Images passed to set_image should be created with TILING_OPTIMAL.
326     * The image layout should be transitioned to either
327     * VK_IMAGE_LAYOUT_GENERIC or VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL.
328     * The actual image layout used must be set in image_layout.
329     *
330     * The image must be a 2D texture which may or not be layered
331     * and/or mipmapped.
332     *
333     * The image must be suitable for linear sampling.
334     * While the image_view is typically the only field used,
335     * the frontend may want to reinterpret the texture as sRGB vs.
336     * non-sRGB for example so the VkImageViewCreateInfo used to
337     * create the image view must also be passed in.
338     *
339     * The data in the pointer to the image struct will not be copied
340     * as the pNext field in create_info cannot be reliably deep-copied.
341     * The image pointer passed to set_image must be valid until
342     * retro_video_refresh_t has returned.
343     *
344     * If frame duping is used when passing NULL to retro_video_refresh_t,
345     * the frontend is free to either use the latest image passed to
346     * set_image or reuse the older pointer passed to set_image the
347     * frame RETRO_HW_FRAME_BUFFER_VALID was last used.
348     *
349     * Essentially, the lifetime of the pointer passed to
350     * retro_video_refresh_t should be extended if frame duping is used
351     * so that the frontend can reuse the older pointer.
352     *
353     * The image itself however, must not be touched by the core until
354     * wait_sync_index has been completed later. The frontend may perform
355     * layout transitions on the image, so even read-only access is not defined.
356     * The exception to read-only rule is if GENERAL layout is used for the image.
357     * In this case, the frontend is not allowed to perform any layout transitions,
358     * so concurrent reads from core and frontend are allowed.
359     *
360     * If frame duping is used, or if set_command_buffers is used,
361     * the frontend will not wait for any semaphores.
362     *
363     * The src_queue_family is used to specify which queue family
364     * the image is currently owned by. If using multiple queue families
365     * (e.g. async compute), the frontend will need to acquire ownership of the
366     * image before rendering with it and release the image afterwards.
367     *
368     * If src_queue_family is equal to the queue family (queue_index),
369     * no ownership transfer will occur.
370     * Similarly, if src_queue_family is VK_QUEUE_FAMILY_IGNORED,
371     * no ownership transfer will occur.
372     *
373     * The frontend will always release ownership back to src_queue_family.
374     * Waiting for frontend to complete with wait_sync_index() ensures that
375     * the frontend has released ownership back to the application.
376     * Note that in Vulkan, transfering ownership is a two-part process.
377     *
378     * Example frame:
379     *  - core releases ownership from src_queue_index to queue_index with VkImageMemoryBarrier.
380     *  - core calls set_image with src_queue_index.
381     *  - Frontend will acquire the image with src_queue_index -> queue_index as well, completing the ownership transfer.
382     *  - Frontend renders the frame.
383     *  - Frontend releases ownership with queue_index -> src_queue_index.
384     *  - Next time image is used, core must acquire ownership from queue_index ...
385     *
386     * Since the frontend releases ownership, we cannot necessarily dupe the frame because
387     * the core needs to make the roundtrip of ownership transfer.
388     */
389    retro_vulkan_set_image_t set_image;
390
391    /* Get the current sync index for this frame which is obtained in
392     * frontend by calling e.g. vkAcquireNextImageKHR before calling
393     * retro_run().
394     *
395     * This index will correspond to which swapchain buffer is currently
396     * the active one.
397     *
398     * Knowing this index is very useful for maintaining safe asynchronous CPU
399     * and GPU operation without stalling.
400     *
401     * The common pattern for synchronization is to receive fences when
402     * submitting command buffers to Vulkan (vkQueueSubmit) and add this fence
403     * to a list of fences for frame number get_sync_index().
404     *
405     * Next time we receive the same get_sync_index(), we can wait for the
406     * fences from before, which will usually return immediately as the
407     * frontend will generally also avoid letting the GPU run ahead too much.
408     *
409     * After the fence has signaled, we know that the GPU has completed all
410     * GPU work related to work submitted in the frame we last saw get_sync_index().
411     *
412     * This means we can safely reuse or free resources allocated in this frame.
413     *
414     * In theory, even if we wait for the fences correctly, it is not technically
415     * safe to write to the image we earlier passed to the frontend since we're
416     * not waiting for the frontend GPU jobs to complete.
417     *
418     * The frontend will guarantee that the appropriate pipeline barrier
419     * in graphics_queue has been used such that
420     * VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT cannot
421     * start until the frontend is done with the image.
422     */
423    retro_vulkan_get_sync_index_t get_sync_index;
424
425    /* Returns a bitmask of how many swapchain images we currently have
426     * in the frontend.
427     *
428     * If bit #N is set in the return value, get_sync_index can return N.
429     * Knowing this value is useful for preallocating per-frame management
430     * structures ahead of time.
431     *
432     * While this value will typically remain constant throughout the
433     * applications lifecycle, it may for example change if the frontend
434     * suddently changes fullscreen state and/or latency.
435     *
436     * If this value ever changes, it is safe to assume that the device
437     * is completely idle and all synchronization objects can be deleted
438     * right away as desired.
439     */
440    retro_vulkan_get_sync_index_mask_t get_sync_index_mask;
441
442    /* Instead of submitting the command buffer to the queue first, the core
443     * can pass along its command buffer to the frontend, and the frontend
444     * will submit the command buffer together with the frontends command buffers.
445     *
446     * This has the advantage that the overhead of vkQueueSubmit can be
447     * amortized into a single call. For this mode, semaphores in set_image
448     * will be ignored, so vkCmdPipelineBarrier must be used to synchronize
449     * the core and frontend.
450     *
451     * The command buffers in set_command_buffers are only executed once,
452     * even if frame duping is used.
453     *
454     * If frame duping is used, set_image should be used for the frames
455     * which should be duped instead.
456     *
457     * Command buffers passed to the frontend with set_command_buffers
458     * must not actually be submitted to the GPU until retro_video_refresh_t
459     * is called.
460     *
461     * The frontend must submit the command buffer before submitting any
462     * other command buffers provided by set_command_buffers. */
463    retro_vulkan_set_command_buffers_t set_command_buffers;
464
465    /* Waits on CPU for device activity for the current sync index to complete.
466     * This is useful since the core will not have a relevant fence to sync with
467     * when the frontend is submitting the command buffers. */
468    retro_vulkan_wait_sync_index_t wait_sync_index;
469
470    /* If the core submits command buffers itself to any of the queues provided
471     * in this interface, the core must lock and unlock the frontend from
472     * racing on the VkQueue.
473     *
474     * Queue submission can happen on any thread.
475     * Even if queue submission happens on the same thread as retro_run(),
476     * the lock/unlock functions must still be called.
477     *
478     * NOTE: Queue submissions are heavy-weight. */
479    retro_vulkan_lock_queue_t lock_queue;
480    retro_vulkan_unlock_queue_t unlock_queue;
481
482    /* Sets a semaphore which is signaled when the image in set_image can safely be reused.
483     * The semaphore is consumed next call to retro_video_refresh_t.
484     * The semaphore will be signalled even for duped frames.
485     * The semaphore will be signalled only once, so set_signal_semaphore should be called every frame.
486     * The semaphore may be VK_NULL_HANDLE, which disables semaphore signalling for next call to retro_video_refresh_t.
487     *
488     * This is mostly useful to support use cases where you're rendering to a single image that
489     * is recycled in a ping-pong fashion with the frontend to save memory (but potentially less throughput).
490     */
491    retro_vulkan_set_signal_semaphore_t set_signal_semaphore;
492 };
493
494 #endif