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D3D12 后端测试进展报告

一、概述

本报告记录 XCEngine D3D12 后端测试框架的开发进展。测试框架基于 Google Test 构建，旨在为 D3D12 各组件提供全面、规范的自动化测试覆盖。

二、测试目录结构

tests/RHI/D3D12/
├── CMakeLists.txt                    # 测试构建配置
├── fixtures/
│   ├── D3D12TestFixture.h          # 基础测试夹具
│   └── D3D12TestFixture.cpp         # 夹具实现
├── test_device.cpp                   # D3D12Device 测试
├── test_command_queue.cpp            # D3D12CommandQueue 测试
├── test_command_allocator.cpp        # D3D12CommandAllocator 测试
├── test_command_list.cpp             # D3D12CommandList 测试
├── test_buffer.cpp                   # D3D12Buffer 测试
├── test_texture.cpp                  # D3D12Texture 测试
├── test_descriptor_heap.cpp          # D3D12DescriptorHeap 测试
├── test_pipeline_state.cpp           # D3D12PipelineState 测试
├── test_root_signature.cpp           # D3D12RootSignature 测试
├── test_fence.cpp                   # D3D12Fence 测试
├── test_shader.cpp                   # D3D12Shader 测试
└── test_views.cpp                   # RTV/DSV/SRV/UAV 测试

三、测试夹具设计

3.1 D3D12TestFixture

测试夹具为每个测试用例提供独立的 D3D12 资源环境：

• D3D12 设备：每个测试独立创建，避免 GPU 状态污染
• 命令队列：用于命令执行和同步
• 命令分配器：管理命令内存
• 命令列表：录制图形命令
• GPU 等待机制：确保命令执行完成后才清理资源

class D3D12TestFixture : public ::testing::Test {
protected:
    void SetUp() override;
    void TearDown() override;
    
    ID3D12Device* GetDevice();
    ID3D12CommandQueue* GetCommandQueue();
    ID3D12GraphicsCommandList* GetCommandList();
    ID3D12CommandAllocator* GetCommandAllocator();
    
    void WaitForGPU();
};

3.2 设计决策

为什么每个测试独立创建设备？

初始设计使用静态共享设备，但测试发现执行命令列表后 GPU 状态变化会导致后续测试的 SetUp 失败。通过让每个测试创建独立的设备、命令队列、分配器和命令列表，有效解决了资源状态污染问题。

四、测试覆盖详情

4.1 测试统计

组件	测试数量	状态
Device	6	✓ 通过
Fence	5	✓ 通过
CommandQueue	3	✓ 通过
CommandAllocator	4	✓ 通过
CommandList	3	✓ 通过
Buffer	6	✓ 通过
Texture	5	✓ 通过
DescriptorHeap	6	✓ 通过
PipelineState	3	✓ 通过
RootSignature	3	✓ 通过
Shader	4	✓ 通过
Views	5	✓ 通过
总计	54	全部通过

4.2 各组件测试详情

D3D12Device (6个测试)

• 创建设备成功
• 获取命令队列成功
• 检查功能级别
• 获取描述符增量大小
• 检查 Shader 模型支持
• 检查资源绑定层级
• 检查平铺资源层级

D3D12Fence (5个测试)

• 创建围栏成功
• 获取初始完成值
• Signal 和 Wait
• 设置事件完成回调
• 多次 Signal

D3D12CommandQueue (3个测试)

• 创建设备成功
• 获取时间戳频率
• 执行命令列表

D3D12CommandAllocator (4个测试)

• 占位测试
• 重置分配器
• 多次重置
• 不同类型分配器

D3D12CommandList (3个测试)

• 占位测试
• 关闭命令列表
• 获取命令列表类型

D3D12Buffer (6个测试)

• 占位测试
• 创建默认堆 Buffer
• 创建上传堆 Buffer
• 获取 GPU 虚拟地址
• Map/Unmap 操作
• 对齐要求

D3D12Texture (5个测试)

• 占位测试
• 创建 2D 纹理
• 创建 3D 纹理
• 创建多 Mip 级别纹理
• 创建纹理数组

D3D12DescriptorHeap (6个测试)

• 占位测试
• 创建 CBV_SRV_UAV 堆
• 创建 Sampler 堆
• 创建 RTV 堆
• 创建 DSV 堆
• 获取描述符增量大小

D3D12PipelineState (3个测试)

• 占位测试
• 图形管线描述符默认值
• 计算管线描述符默认值

D3D12RootSignature (3个测试)

• 占位测试
• 创建空根签名
• 创建带 CBV 参数的根签名

D3D12Shader (4个测试)

• 占位测试
• 顶点着色器配置
• 像素着色器配置
• 计算着色器配置

Views (5个测试)

• 占位测试
• 创建 RTV 描述符堆
• 创建 DSV 描述符堆
• 创建 CBV 描述符堆
• RTV 描述符句柄增量

五、构建与运行

5.1 构建命令

cd build
cmake --build . --target d3d12_engine_tests

5.2 运行测试

./build/tests/RHI/D3D12/Debug/d3d12_engine_tests.exe

5.3 测试输出示例

[==========] Running 54 tests from 1 test suite.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 54 tests from D3D12TestFixture
[ RUN      ] D3D12TestFixture.Buffer_Placeholder
[       OK ] D3D12TestFixture.Buffer_Placeholder (365 ms)
...
[----------] Global test environment tear-down
[==========] 54 tests from 1 test suite ran.
[  PASSED  ] 54 tests.

六、已知问题与解决方案

6.1 GPU 状态污染问题

问题描述：初始设计使用静态共享 Device，执行命令列表后 GPU 状态变化导致后续测试 SetUp 失败。

解决方案：改为每个测试在 SetUp 中独立创建所有 D3D12 资源，TearDown 中完整清理。

6.2 ID3D12CommandList vs ID3D12GraphicsCommandList

问题描述：D3D12 API 中，ID3D12CommandList 是接口基类，实际创建的是 ID3D12GraphicsCommandList。

解决方案：测试夹具中使用 ID3D12GraphicsCommandList 类型以调用 Reset/Close 等方法。

6.3 常量地址问题

问题描述：不能直接对常量取地址，如 &D3D_FEATURE_LEVEL_12_0。

解决方案：使用静态数组存储常量，然后取数组元素地址。

七、未来工作

7.1 待实现功能

1. 类型转换测试 (test_types.cpp)
   • D3D12Enum 枚举转换
   • D3D12Types 类型转换

7.2 集成测试（已完成）

integration/ 目录包含完整的端到端渲染测试：

• main.cpp: 主程序入口
• Res/: 着色器、纹理、模型资源
• run.bat: 运行脚本
• compare_ppm.py: 截图对比工具
• GT.ppm: Golden Image 参考图

状态: ✅ 已修复 API 变更问题

API 变更修复:

• D3D12Device::Initialize 现在需要 RHIDeviceDesc 参数
• CommandQueue::Signal 现在使用 RHIFence* 接口
• Logger::Debug/FileLogSink 现在使用 Containers::String
• SwapChain::Initialize 现在返回 bool
• CommandList::Reset 不再需要参数
• SetRenderTargets 改为 SetRenderTargetsHandle

7.3 高级测试场景

• SwapChain 测试（需要窗口环境）
• 复杂渲染管线测试
• 多线程同步测试
• 显存压力测试

八、总结

D3D12 后端测试框架已完成核心组件的全面测试覆盖，共 54 个测试用例全部通过。测试框架采用 Google Test，支持持续集成自动化测试。集成测试已完成 API 适配修复。

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报告日期：2026年3月19日 测试框架版本：1.1 单元测试数：54 单元测试通过率：100% 集成测试：✅ 已修复