10.3 一维纹理操作

为了便于说明，本节将详细介绍一维纹理，然后扩展到二维及三维纹理的讨论。

纹理设置

纹理中的数据可以由1个、2个或4个元素组成，元素的类型可以是：

• 有符号或无符号的8位、16位或32位整型值；

• 16位的浮点型数值;

• 32位的浮点型数值。

在后缀名为.cu的文件中（无论使用的是CUDA运行时还是驱动程序API），纹理引用的声明如下所示：

texture<ReturnType, Dimension, ReadMode> Name;

其中ReturnType为纹理内置指令的返回值；Dimension的值能取1、2或3，分别表示一维、二维或三维；ReadMode是一个可选参数，默认值为CUDAReadMode ElementType。读取模式仅会对整型值的纹理数据

产生影响。默认情况下，当纹理数据是整型值时，纹理将传回整型值，必要时，还会将其转化成32位的整型值。然而，当读取模式指定为CUDAReadModemNormalizedFloat时，8位或16位的整型值将转化为范围在 $0.0 \sim 1.0$ 之间的浮点值，具体转化公式如表10-1所示。

表10-1 纹理中浮点值的转化

此类转化操作的C代码如代码清单10-1所示。

代码清单10-1 纹理单元的浮点转换

float   
TexPromoteFloat( signed char c ) { if ( c == (signed char) 0x80 ) { return -1.0f; } return(float)c/127.0f;   
}   
float   
TexPromoteFloat(short s) { if(s==(short)0x8000){ return-1.0f; } return(float)s/32767.0f;   
}   
float   
TexPromoteFloat(unsigned char uc) { return(float)uc/255.0f;   
}   
float   
TexPromoteFloat(unsigned short us) { return(float)us/65535.0f;

一旦声明纹理引用，就可以通过调用纹理内置指令在内核中对其调用。不同类型的纹理将使用不同内置指令，如表10-2所示。

表10-2 纹理指令

纹理引用类似于全局变量，具有文件范围的作用域。它们不能以参数的形式创建、销毁或传递，因此，如果要将其封装到上层抽象结构中，必须格外小心。

1. CUDA运行时

在启动使用纹理的内核之前，必须调用CUDABindTexture()、CUDABindTexture2D()或CUDABindTextureToArray()将纹理绑定到CUDA数组或设备内存。由于CUDA运行时的语言集成特性，开发人员可以通过名字引用纹理，如下所示

texture<float, 2,udaReadMode ElementType> tex;
...
CUDART CHECK(cudaBindTextureToArrayTEX, texArray));

绑定纹理之后，只要纹理绑定没有改变，内核就可以使用纹理引用读取对应绑定内存里的数据。

2. 驱动程序API

若一个纹理在一个.cu后缀文件中声明，驱动程序必须使用cuModuleGetTexRef()对其进行查询。使用驱动程序API时，纹理的固定属性必须显式设置，且必须符合编译器生成代码时的假定条件。对于绝大多数纹理而言，这仅仅意味着纹理格式必须与.cu文件中声明的纹理格式一致；但也有一些例外，比如设置纹理将整型值或16位的浮点值增强为归一化的32位浮点值时。

函数cuTexRefSetFormat负责指定纹理中数据的格式。

数组格式如下所示。

NumPackedComponents指定了每个纹理元素中分量的数目。该值可以为1、2或4。16位的浮点数（half）是一种特殊的数据类型，很适合用来高效保真地表示图像数据。[1]尾数部分使用10位（实际上归一化的数据的尾数精度为11位）已可以精确表示大多数传感器生成的数据，指数部分使用5位也足够表示同一图像中星光以及日光亮度的动态范围。大多数浮点数架构都不包含处理16位浮点数的原生指令，CUDA也不例外。硬件纹理单元可以自动将16位的浮点数转换为32位的浮点数，或者在CUDA内核中，使用__float2half_rn和__half2float_rn指令将数据在16位与32位浮点数之间相互转换。

[1] 8.3.4节详细介绍了16位的浮点数。