借助 Android GPU Inspector (AGI)，您可以分析您的 Android 应用程序的特定帧，并使用它对应用程序的 GPU 使用情况进行深入分析。与单独进行系统分析相比，此分析数据可以让您更深入地了解应用程序的 GPU 使用情况。

使用 AGI 进行帧分析首先要收集跟踪和其他性能数据，然后对其进行测量和显示以供分析。

可用的帧分析数据包括以下内容：

• Vulkan API 调用

• 帧缓冲内容

• 渲染网格绘制调用

• 命令的 RAM 和 GPU 内存值

• 渲染事件的 GPU 性能数据

• 管道数据

• 渲染状态数据

• 纹理和着色器资源

开始使用

AGI快速入门介绍了如何设置 AGI、捕获帧配置文件数据，然后打开生成的跟踪文件。下一节将更详细地描述配置选项。

分析选项

本节介绍捕获帧配置文件时可用的主要选项。

图形 API 选项

图形 API 选项指示您的应用程序使用的图形 API。这些选项在“捕获系统配置文件”对话框的“类型”列表中可用。这些是可用的选项：

• Vulkan：适用于直接使用 Vulkan API 的应用程序。
• OpenGL on ANGLE：适用于使用 OpenGL ES 的应用程序。

AGI 直接跟踪 Vulkan 命令。但是，如果您的应用程序使用 OpenGL ES，AGI 会在跟踪应用程序之前使用自定义ANGLE构建将命令转换为 Vulkan 命令。

附加论点

Additional Arguments字段用于将其他标志传递给 adb命令am start-activity，该命令将发送到您的设备以在分析期间启动您的应用程序。有关详细信息，请参阅 adb 命令。

开始和持续时间选项

在开始和持续时间部分，您可以指定 AGI 如何捕获帧以进行分析。可以使用以下选项：

• 开始：AGI 捕获从应用程序启动到第一个渲染帧结束的所有命令。

• 手动：按下跟踪对话框中的按钮以手动捕获帧。

• Time：AGI 在给定的秒数过去后自动捕获一帧。

• 帧：AGI 自动捕获指定的帧。

跟踪选项

跟踪选项部分包含配置跟踪标志的设置。这些是可用的设置：

• 禁用缓冲：捕获数据时禁用设备上的内存缓冲。此选项对于调试应用程序崩溃很有用，因为它确保所有跟踪数据都序列化到崩溃为止。但是，它会稍微增加分析期间 AGI 的开销。

• 隐藏未知扩展：隐藏设备上 AGI 不支持的扩展。如果您的应用使用 AGI 不支持的扩展，则在重放跟踪时可能会遇到错误。

• 清除包数据：使用pm clear adb 命令请求设备在启动前清除您的应用程序的用户数据。

输出设置

输出部分包含跟踪文件存储的设置，例如：

• 指定存储跟踪文件的目录。

• 修改自动生成的跟踪文件的文件名。

查看结果

当您打开包含帧分析数据的跟踪文件时，AGI 会在 Frame Profiler UI 中显示数据以进行分析。

Frame Profiler 是一个 AGI 组件，它管理用于分析单个帧的 UI 和工具。Frame Profiler 在以下 UI 元素中显示数据：

• 命令窗格：Vulkan API 调用。

• 帧缓冲区窗格：帧缓冲区内容。

• 几何窗格：网格绘制调用的渲染。

• 内存窗格：命令的 RAM 和 GPU 内存值。

• 性能窗格：渲染事件的 GPU 性能数据。

• 管道窗格：管道内容。

• 着色器窗格：着色器内容。

• 状态窗格：提交命令的渲染状态。

• 纹理窗格：与命令关联的纹理资源列表。

• 纹理窗格：选定纹理资源的内容。

• 报告窗格：分析错误列表。

分析结果

这些主题描述了如何使用 AGI 分析帧分析数据：

• 分析渲染通道
• 分析着色器性能
• 分析顶点格式

AGI Frame Profiler 可让您检查用于构成应用程序单个帧的各个渲染通道。它通过拦截和记录执行每个图形 API 调用所需的所有状态来做到这一点。在 Vulkan 上，这是使用 Vulkan 的分层系统本地完成的。在 OpenGL 上，使用 ANGLE 拦截命令，它将 OpenGL 命令转换为 Vulkan 调用，以便它们可以在硬件上执行。

肾上腺素装置

要确定昂贵的渲染通道，首先查看窗口顶部的 AGI 时间线视图。这显示了按时间顺序组成给定帧的所有渲染通道。如果您有 GPU 队列信息，这与您在 System Profiler 中看到的视图相同。它还提供了有关渲染通道的基本信息，例如被渲染到的帧缓冲区的分辨率，这可以提供对渲染通道本身发生的情况的一些了解。

您可以用来调查渲染通道的第一个标准是它们花费了多少时间。最长的渲染通道很可能是具有最大改进潜力的渲染通道，因此请从查看该通道开始。

与相关渲染通道相关的 GPU 切片已经显示了有关渲染通道中发生的情况的一些信息：

1. Binning：根据它们在屏幕上的位置将顶点放置到 bin 中的位置
2. 渲染：像素或片段被着色的地方
3. GMEM 加载/存储：当帧缓冲区的内容从内部 GPU 内存加载或存储到主内存时

通过查看每个在渲染过程中花费的时间，您可以很好地了解潜在的瓶颈可能在哪里。例如：

• 如果分箱占用大部分时间，这表明顶点数据存在瓶颈，这表明顶点过多、顶点大或与顶点相关的其他问题。
• 如果渲染占用大部分时间，这表明着色是瓶颈。可能的原因可能是复杂的着色器、太多的纹理提取、在不需要时渲染到高分辨率帧缓冲区或其他相关问题。

GMEM 加载和存储也是需要牢记的。将内容从图形内存转移到主内存是很昂贵的，因此最小化加载或存储操作的数量也将有助于提高性能。一个常见的例子是有一个 GMEM 存储深度/模板，它将深度/模板缓冲区写入主内存；如果您在以后的渲染过程中不使用该缓冲区，则可以消除此存储操作，您将节省帧时间和内存带宽。

大型渲染通道调查

要查看在渲染过程中发出的所有单独的绘制命令：

1. 单击时间轴中的渲染过程。这会在Frame Profiler的Commands窗格中打开层次结构中的渲染过程。

2. 单击渲染通道的菜单，该菜单显示在渲染通道期间发出的所有单独的绘制命令。如果这是一个 OpenGL 应用程序，您可以进一步挖掘并查看 ANGLE 发出的 Vulkan 命令。

选择其中一个绘图调用。这将打开Framebuffer窗格，其中显示了在此绘制期间绑定的所有帧缓冲区附件，以及在附加帧缓冲区上绘制的最终结果。在这里你也可以使用 AGI 同时打开前一个和下一个绘制调用，并比较两者的区别。如果它们在视觉上几乎相同，这表明有机会消除对最终图像没有贡献的绘制调用。

打开此绘制的管道窗格显示图形管道用于执行此绘制调用的状态。

Input Assembler提供有关顶点数据如何绑定到此绘图的信息。如果您注意到分箱占用了渲染通道的大部分时间，那么这是一个很好的研究领域；在这里，您可以获得有关顶点格式、绘制的顶点数量以及顶点在内存中的布局方式的信息。有关这方面的更多信息，请参阅分析顶点格式。

Vertex Shader部分提供了有关您在此绘制期间使用的顶点着色器的信息，并且也可以是调查分箱是否被确定为问题的好地方。您可以查看使用的着色器的 SPIR-V 和反编译的 GLSL，并调查此调用的绑定统一缓冲区。有关详细信息，请参阅分析着色器性能。

Rasterizer部分向您显示有关管道的更多固定功能设置的信息，并且可以更多地用于固定功能状态的调试目的，例如视口、剪刀、深度状态和多边形模式。

片段着色器部分提供了许多与顶点着色器部分相同的信息，但特定于片段着色器。在这种情况下，您实际上可以通过单击手柄查看正在绑定的纹理并调查它们。

较小的渲染通道调查

您可以用来提高 GPU 性能的另一个标准是查看较小的渲染通道组。通常，您希望尽可能减少渲染通道的数量，因为 GPU 将状态从一个渲染通道更新到另一个渲染通道需要时间。这些较小的渲染通道通常用于生成阴影贴图、应用高斯模糊、估计亮度、进行后期处理效果或渲染 UI。其中一些可能会合并到一个渲染通道中，如果它们对整体图像的影响不足以证明成本合理，甚至可以完全消除它们。

///

您可以通过使用帧分析来诊断一些可能的与顶点相关的性能问题。使用命令窗格查看游戏在给定帧中执行的所有绘制调用以及每个绘制调用绘制的图元计数。这可以给出单个帧中提交的顶点总数的近似值。

顶点属性压缩

您的游戏可能面临的一个常见问题是较大的平均顶点大小。大量提交的平均顶点大小较高的顶点导致GPU读取时的顶点内存读取带宽较大。

要观察给定绘图调用的顶点格式，请完成以下步骤：

1. 选择感兴趣的抽奖。

   这可以是场景的典型绘制调用、具有大量顶点的绘制调用、复杂角色模型的绘制调用或某些其他类型的绘制调用。

2. 导航到Pipeline窗格，然后单击IA进行输入程序集。这定义了进入 GPU 的顶点的顶点格式。

3. 观察一系列属性及其格式；例如， R32G32B32_SFLOAT是一个 3 分量 32 位有符号浮点数。

通常，可以压缩顶点属性，而对所绘制模型的质量降低最少。特别是，我们建议：

• 将顶点位置压缩为半精度 16 位浮点数
• 将 UV 纹理坐标压缩为 16 位无符号整数 ushorts
• 通过使用四元数对法线、切线和副法线向量进行编码来压缩切线空间

对于低精度类型，也可以根据具体情况考虑其他杂项属性。

顶点流分裂

您还可以调查顶点属性流是否被适当拆分。在诸如移动 GPU 之类的平铺渲染架构上，顶点位置首先在分箱过程中使用，以创建在每个平铺中处理的图元箱。如果顶点属性交错到单个缓冲区中，则所有顶点数据都被读入缓存以进行分箱，即使只使用顶点位置也是如此。

为了减少顶点读取内存带宽并提高缓存效率，从而减少在 binning pass 上花费的时间，顶点数据应该分成两个单独的流，一个用于顶点位置，一个用于所有其他顶点属性。

调查顶点属性是否被适当分割：

1. 选择感兴趣的抽奖电话，并记下抽奖电话号码。

   这可以是场景的典型绘制调用、具有大量顶点的绘制调用、复杂角色模型的绘制调用或某些其他类型的绘制调用。

2. 导航到Pipeline窗格，然后单击IA进行输入程序集。这定义了进入 GPU 的顶点的顶点格式。

3. 观察你的顶点属性的绑定；通常这些可能会线性增加（0、1、2、3 等），但情况并非总是如此。顶点位置通常是列出的第一个顶点属性。

4. 在状态窗格中，找到LastDrawInfos并展开匹配的绘制调用编号。然后，展开BoundVertexBuffers此绘图调用。

5. 观察给定绘制调用期间绑定的顶点缓冲区，其索引与之前的顶点属性绑定相匹配。

6. 展开绘图调用的顶点属性的绑定，并展开缓冲区。

7. 观察VulkanHandle缓冲区，它表示顶点数据来源的底层内存。如果VulkanHandles 不同，这意味着属性来自不同的底层缓冲区。如果VulkanHandles 相同但偏移量很大（例如，大于 100），则属性可能仍然来自不同的子缓冲区，但这需要进一步调查。

有关顶点流拆分以及如何在各种游戏引擎上解决它的更多详细信息，请参阅我们关于该主题的博客文章。

AGI Frame Profiler 允许您通过从我们的一个渲染通道中选择一个绘制调用，并通过Pipeline 窗格的Vertex Shader部分或Fragment Shader部分来研究您的着色器。

在这里，您会发现有用的统计数据来自对着色器代码的静态分析，以及 我们的 GLSL 已编译成的标准可移植中间表示(SPIR-V) 程序集。还有一个选项卡用于查看使用 SPIR-V Cross 反编译的原始 GLSL（具有编译器生成的变量、函数等名称）的表示，为 SPIR-V 提供额外的上下文。

静态分析

使用静态分析计数器查看着色器中的低级操作。

• ALU 指令：此计数显示了在着色器中执行的 ALU 操作（加法、乘法、除法等）的数量，并且可以很好地反映着色器的复杂程度。尝试最小化这个值。

  重构常见计算或简化在着色器中完成的计算有助于减少所需的指令数量。

• 纹理说明：此计数显示纹理采样在着色器中发生的次数。

  • 纹理采样可能会很昂贵，具体取决于从中采样的纹理类型，因此将着色器代码与“描述符集”部分中的绑定纹理交叉引用可以提供有关正在使用的纹理类型的更多信息。
  • 采样纹理时避免随机访问，因为这种行为不适合纹理缓存。

• 分支指令：此计数显示着色器中的分支操作数。最小化分支是 GPU 等并行处理器的理想选择，甚至可以帮助编译器找到额外的优化：

  • 使用 、 和 等函数min来max避免clamp需要对数值进行分支。
  • 测试分支的计算成本。因为一个分支的两条路径都在许多架构中执行，所以在很多情况下，总是进行计算比使用分支跳过计算要快。

• 临时寄存器：这些是快速的核心寄存器，用于保存 GPU 计算所需的中间操作的结果。在 GPU 不得不溢出到使用其他核外内存来存储中间值之前，可用于计算的寄存器数量是有限的，从而降低了整体性能。（此限制因 GPU 型号而异。）

  如果着色器编译器执行诸如展开循环之类的操作，使用的临时寄存器的数量可能会高于预期，因此最好将该值与 SPIR-V 或反编译的 GLSL 交叉引用以查看代码在做什么。

着色器代码分析

调查反编译的着色器代码本身以确定是否有任何潜在的改进是可能的。

• 精度：着色器变量的精度会影响应用程序的 GPU 性能。
  • mediump尽可能尝试对变量使用精度修饰符，因为中等精度 ( ) 16 位变量通常比全精度 ( ) 32 位变量mediump更快且更节能。highp
  • 如果在变量声明的着色器中或在着色器顶部没有看到任何精度限定符 precision precision-qualifier​ type​，则默认为全精度 ( highp)。确保也查看变量声明。
  • mediump出于上述相同的原因，使用顶点着色器输出也是首选，并且还具有减少内存带宽和可能需要进行插值的临时寄存器使用的好处。
• Uniform Buffers：尽量保持Uniform Buffers的大小尽可能小（同时保持对齐规则）。这有助于使计算与缓存更加兼容，并可能允许将统一数据提升到更快的核心寄存器。

• 移除未使用的顶点着色器输出：如果您发现片段着色器中未使用顶点着色器输出，请将它们从着色器中移除以释放内存带宽和临时寄存器。

• 将计算从片段着色器移动到顶点着色器：如果片段着色器代码执行的计算独立于被着色片段特定的状态（或可以正确插值），则将其移动到顶点着色器是理想的。原因是在大多数应用程序中，顶点着色器的运行频率远低于片段着色器。

性能窗格显示不同渲染事件的GPU 性能。

此窗格中包含三个组件：

• 工具栏：包含用于自定义性能表 或启动实验的功能按钮。
• 性能表：性能选项卡的主表格视图。每行代表一个渲染事件，每一列代表一个 GPU 指标（GPU 时间或 GPU 计数器）。通过这种方式，特定的数字单元代表特定 GPU 指标在特定渲染事件中的性能。
• GPU 计数器详细信息图：详细显示 GPU 指标在渲染事件发生期间如何波动。该图表仅刷新 GPU 计数器指标，但不刷新 GPU 时间指标，因为时间指标是不言自明的并且不随时间波动。

工具栏

• 估计/置信范围按钮：切换性能数字的显示方式。由于 GPU 计数器样本按照自己的节奏进行轮询，因此其时间范围可能与渲染事件的时间范围不完全一致。当它们部分重叠时，可能对计数器样本对渲染事件的贡献有多种解释，范围从零贡献到完全贡献。基于边缘情况，我们计算了Confidence Range；并基于重叠时间的权重，我们计算了Estimate。
• 实验：打开一个对话框以选择您要运行的实验。AGI 让您可以选择尝试一些常见的优化实践，而无需重新编译您的应用程序。当您开始实验时，AGI 会根据新设置重播帧，并相应地更新 GPU 性能表。
• 筛选计数器：打开一个对话框，用于选择您希望在性能表中显示的指标列。
• 预设栏：由添加新预设按钮和以下自定义预设按钮组成。预设是 GPU 指标的预定义组合。当您单击预设按钮时，性能表会显示预定义指标的过滤列表。您还可以在“ 添加新预设”对话框中管理预设。

性能表

此表与配置文件窗格和命令窗格链接。渲染事件在跟踪中具有三种表示格式：性能窗格中的行、配置文件窗格中的切片和命令窗格中的节点。为了便于浏览，当您选择其中一种格式时，其他两种格式也会突出显示。例如，如果您对Profile窗格中最长的切片感兴趣，您可以选择它，然后导航到突出显示的Performance行以查看此事件的详细 GPU 计数器性能。

GPU 计数器详细信息图

• x 轴显示计数器样本的时间戳。请注意，时间基于第一个渲染事件的开始时间，因此有时您可能会在第一个计数器样本的计数器详细信息图中看到负时间戳，该时间戳与第一个渲染事件部分重叠。
• y 轴显示计数器样本的指标性能值。
• 每个条上方带括号的数字显示了计数器样本的权重，或者我们认为样本在估计的场景中对渲染事件的贡献程度。

命令窗格显示应用程序发出的调用，按帧和绘制调用或用户标记分组。

图 1： OpenGL 或 Vulkan 跟踪的初始视图

图 2：查看 OpenGL 跟踪

图 3：查看 Vulkan 跟踪

图 4：在 Vulkan 跟踪中搜索命令

运营

您可以在此窗格中执行以下操作：

OpenGL ES 命令层次结构

OpenGL ES命令被翻译成Vulkan，对Vulkan命令进行分析。因此，OpenGL ES 命令与扩展层次结构中显示的 OpenGL ES 和 Vulkan 命令一起显示。在前面的示例中，您可以glDrawElement在RenderPass. 扩展了第二个 glDrawElements命令层次结构，并显示了OpenGL ES Commands 和DrawIndexed。您可以展开这两个层次结构以显示相关的 OpenGL ES 命令，以及它们被翻译成的 Vulkan 命令。

因为 OpenGL ES 和 Vulkan 之间没有一对一的关系，所以可能存在一些差异。例如，glClear出现在第一个命令之前的glDraw*命令出现在RenderPass. 如果您扩展 的层次结构glClear，将没有 Vulkan 命令。这是因为清除将被推迟并作为启动 Vulkan 的一部分完成RenderPass。

调试标记

根据您的应用程序，“命令”窗格可以在一帧内包含很长的命令列表。为了更好的导航和可读性，您可以定义调试标记，将调用组合在树中的标题下。这可能包括一个分组，例如，名为“Setup”或“Render World”的分组。

如果启用了调试标记，请单击命令窗格以显示指向此信息的链接。OpenGL ES 具有以下 API 来对命令进行分组：

Vulkan 具有以下 API 来对命令进行分组：

Framebuffer窗格显示当前绑定的帧缓冲区的内容。根据您在“命令”窗格中选择的项目，“帧缓冲区” 窗格可以显示屏幕或屏幕外帧缓冲区。

当您在“命令”窗格中选择命令时，“帧缓冲区”窗格会在该调用完成后显示帧缓冲区的内容。如果您选择一个命令组，它会显示最能代表该组的帧缓冲区。通常，这是组中最后一次调用完成后的帧缓冲区。

首先选择帧内的第一个调用，然后单击每个连续调用以观察帧缓冲区组件一个接一个地绘制，直到帧结束。这些用于屏幕上和屏幕外图形的帧缓冲区显示可帮助您定位任何渲染错误的来源。

将光标移到图像上可在视图的左下角显示周围像素的放大预览，如上图所示。该窗格还显示图像宽度和高度以及图像上该点的x和y坐标、标准化图像坐标（U 和 V 值）和 RBGA 十六进制值。

选择不同的附件

一个帧缓冲区可以包含多个附件。您可以选择要显示的附件，然后根据需要单击显示附件或隐藏附件。附件缩略图标有附件类型（例如，颜色、深度和输入）及其索引。

选择附件后，主视图将显示在左上角。

运营

您可以使用以下按钮对帧缓冲区图像执行操作：

几何窗格呈现所选绘制调用的预转换网格。您可以使用鼠标或触摸板来旋转模型，并放大和缩小

下表描述了您可以使用工具栏按钮执行的操作：

//

报告窗格

///

着色器窗格

///

内存窗格

检查 Vulkan 渲染状态

///

纹理窗格

//

纹理窗格

管道窗格

//

AGI 故障排除

<span style="color:var(--devsite-code-color)"><code><span style="color:var(--devsite-code-comments-color)"># Clear the logcat output</span>
adb logcat -c<span style="color:var(--devsite-code-comments-color)">## Use AGI to attempt to create a frame profile trace</span><span style="color:var(--devsite-code-types-color)">Look</span> at the logcat output to identify the processes that are running AGI. adb logcat | grep <span style="color:var(--devsite-code-strings-color)">"this process name"</span>
I GAPID   : gapii [gapii/cc/spy.cpp:<span style="color:var(--devsite-code-numbers-color)">109</span>] this process name: com.example.mygame
I GAPID   : gapii [gapii/cc/spy.cpp:<span style="color:var(--devsite-code-numbers-color)">109</span>] this process name: com.example.mygame:<span style="color:var(--devsite-code-types-color)">GameProcess</span>
</code></span>

<span style="color:var(--devsite-code-color)"><code><span style="color:var(--devsite-code-comments-color)"># Vulkan layers</span>
adb shell settings delete global enable_gpu_debug_layers
adb shell settings delete global gpu_debug_app
adb shell settings delete global gpu_debug_layers
adb shell settings delete global gpu_debug_layer_app
<span style="color:var(--devsite-code-comments-color)"># ANGLE</span>
adb shell settings delete global angle_debug_package
adb shell settings delete global angle_gl_driver_selection_values
adb shell settings delete global angle_gl_driver_selection_pkgs
</code></span>

<span style="color:var(--devsite-code-color)"><code><span style="color:var(--devsite-code-comments-color)"># Make sure that the AGI capture layer will be ignored</span>
adb shell settings delete global enable_gpu_debug_layers
<span style="color:var(--devsite-code-comments-color)"># Force the package com.example.mygame to use ANGLE</span>
adb shell settings put global angle_debug_package org.chromium.angle.agi
adb shell settings put global angle_gl_driver_selection_values angle
adb shell settings put global angle_gl_driver_selection_pkgs com.example.mygame
</code></span>

//