nir: Add colorspace support to YUV lowering pass
[mesa.git] / src / compiler / nir / nir_lower_tex.c
index 4c0759b8788f99f3a866e8bf47bfd4c7e1c68d0f..2e68f2b164eb6de20806a55fe25d73e287943f9e 100644 (file)
 
 #include "nir.h"
 #include "nir_builder.h"
+#include "nir_builtin_builder.h"
+#include "nir_format_convert.h"
 
-typedef struct {
-   nir_builder b;
-   const nir_lower_tex_options *options;
-   bool progress;
-} lower_tex_state;
+static float bt601_csc_coeffs[9] = {
+   1.16438356f,  1.16438356f, 1.16438356f,
+   0.0f,        -0.39176229f, 2.01723214f,
+   1.59602678f, -0.81296764f, 0.0f,
+};
+static float bt709_csc_coeffs[9] = {
+   1.16438356f,  1.16438356f, 1.16438356f,
+   0.0f       , -0.21324861f, 2.11240179f,
+   1.79274107f, -0.53290933f, 0.0f,
+};
+static float bt2020_csc_coeffs[9] = {
+   1.16438356f,  1.16438356f, 1.16438356f,
+   0.0f       , -0.18732610f, 2.14177232f,
+   1.67867411f, -0.65042432f, 0.0f,
+};
 
-static void
+static float bt601_csc_offsets[3] = {
+   -0.874202218f, 0.531667823f, -1.085630789f
+};
+static float bt709_csc_offsets[3] = {
+   -0.972945075f, 0.301482665f, -1.133402218f
+};
+static float bt2020_csc_offsets[3] = {
+   -0.915687932f, 0.347458499f, -1.148145075f
+};
+
+static bool
 project_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
 {
    /* Find the projector in the srcs list, if present. */
-   unsigned proj_index;
-   for (proj_index = 0; proj_index < tex->num_srcs; proj_index++) {
-      if (tex->src[proj_index].src_type == nir_tex_src_projector)
-         break;
-   }
-   if (proj_index == tex->num_srcs)
-      return;
+   int proj_index = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_projector);
+   if (proj_index < 0)
+      return false;
 
    b->cursor = nir_before_instr(&tex->instr);
 
@@ -65,7 +83,7 @@ project_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
    for (unsigned i = 0; i < tex->num_srcs; i++) {
       switch (tex->src[i].src_type) {
       case nir_tex_src_coord:
-      case nir_tex_src_comparitor:
+      case nir_tex_src_comparator:
          break;
       default:
          continue;
@@ -108,48 +126,75 @@ project_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
                             nir_src_for_ssa(projected));
    }
 
-   /* Now move the later tex sources down the array so that the projector
-    * disappears.
-    */
-   nir_instr_rewrite_src(&tex->instr, &tex->src[proj_index].src,
-                         NIR_SRC_INIT);
-   for (unsigned i = proj_index + 1; i < tex->num_srcs; i++) {
-      tex->src[i-1].src_type = tex->src[i].src_type;
-      nir_instr_move_src(&tex->instr, &tex->src[i-1].src, &tex->src[i].src);
-   }
-   tex->num_srcs--;
+   nir_tex_instr_remove_src(tex, proj_index);
+   return true;
 }
 
-static nir_ssa_def *
-get_texture_size(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+static bool
+lower_offset(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
 {
+   int offset_index = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_offset);
+   if (offset_index < 0)
+      return false;
+
+   int coord_index = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_coord);
+   assert(coord_index >= 0);
+
+   assert(tex->src[offset_index].src.is_ssa);
+   assert(tex->src[coord_index].src.is_ssa);
+   nir_ssa_def *offset = tex->src[offset_index].src.ssa;
+   nir_ssa_def *coord = tex->src[coord_index].src.ssa;
+
    b->cursor = nir_before_instr(&tex->instr);
 
-   /* RECT textures should not be array: */
-   assert(!tex->is_array);
+   nir_ssa_def *offset_coord;
+   if (nir_tex_instr_src_type(tex, coord_index) == nir_type_float) {
+      if (tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_RECT) {
+         offset_coord = nir_fadd(b, coord, nir_i2f32(b, offset));
+      } else {
+         nir_ssa_def *txs = nir_i2f32(b, nir_get_texture_size(b, tex));
+         nir_ssa_def *scale = nir_frcp(b, txs);
 
-   nir_tex_instr *txs;
+         offset_coord = nir_fadd(b, coord,
+                                 nir_fmul(b,
+                                          nir_i2f32(b, offset),
+                                          scale));
+      }
+   } else {
+      offset_coord = nir_iadd(b, coord, offset);
+   }
 
-   txs = nir_tex_instr_create(b->shader, 1);
-   txs->op = nir_texop_txs;
-   txs->sampler_dim = GLSL_SAMPLER_DIM_RECT;
-   txs->texture_index = tex->texture_index;
-   txs->dest_type = nir_type_int;
+   if (tex->is_array) {
+      /* The offset is not applied to the array index */
+      if (tex->coord_components == 2) {
+         offset_coord = nir_vec2(b, nir_channel(b, offset_coord, 0),
+                                    nir_channel(b, coord, 1));
+      } else if (tex->coord_components == 3) {
+         offset_coord = nir_vec3(b, nir_channel(b, offset_coord, 0),
+                                    nir_channel(b, offset_coord, 1),
+                                    nir_channel(b, coord, 2));
+      } else {
+         unreachable("Invalid number of components");
+      }
+   }
 
-   /* only single src, the lod: */
-   txs->src[0].src = nir_src_for_ssa(nir_imm_int(b, 0));
-   txs->src[0].src_type = nir_tex_src_lod;
+   nir_instr_rewrite_src(&tex->instr, &tex->src[coord_index].src,
+                         nir_src_for_ssa(offset_coord));
 
-   nir_ssa_dest_init(&txs->instr, &txs->dest, 2, NULL);
-   nir_builder_instr_insert(b, &txs->instr);
+   nir_tex_instr_remove_src(tex, offset_index);
 
-   return nir_i2f(b, &txs->dest.ssa);
+   return true;
 }
 
 static void
 lower_rect(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
 {
-   nir_ssa_def *txs = get_texture_size(b, tex);
+   /* Set the sampler_dim to 2D here so that get_texture_size picks up the
+    * right dimensionality.
+    */
+   tex->sampler_dim = GLSL_SAMPLER_DIM_2D;
+
+   nir_ssa_def *txs = nir_i2f32(b, nir_get_texture_size(b, tex));
    nir_ssa_def *scale = nir_frcp(b, txs);
 
    /* Walk through the sources normalizing the requested arguments. */
@@ -163,8 +208,452 @@ lower_rect(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
                             &tex->src[i].src,
                             nir_src_for_ssa(nir_fmul(b, coords, scale)));
    }
+}
 
-   tex->sampler_dim = GLSL_SAMPLER_DIM_2D;
+static void
+lower_implicit_lod(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   assert(tex->op == nir_texop_tex || tex->op == nir_texop_txb);
+   assert(nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_lod) < 0);
+   assert(nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddx) < 0);
+   assert(nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddy) < 0);
+
+   b->cursor = nir_before_instr(&tex->instr);
+
+   nir_ssa_def *lod = nir_get_texture_lod(b, tex);
+
+   int bias_idx = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_bias);
+   if (bias_idx >= 0) {
+      /* If we have a bias, add it in */
+      lod = nir_fadd(b, lod, nir_ssa_for_src(b, tex->src[bias_idx].src, 1));
+      nir_tex_instr_remove_src(tex, bias_idx);
+   }
+
+   int min_lod_idx = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_min_lod);
+   if (min_lod_idx >= 0) {
+      /* If we have a minimum LOD, clamp LOD accordingly */
+      lod = nir_fmax(b, lod, nir_ssa_for_src(b, tex->src[min_lod_idx].src, 1));
+      nir_tex_instr_remove_src(tex, min_lod_idx);
+   }
+
+   nir_tex_instr_add_src(tex, nir_tex_src_lod, nir_src_for_ssa(lod));
+   tex->op = nir_texop_txl;
+}
+
+static nir_ssa_def *
+sample_plane(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, int plane,
+             const nir_lower_tex_options *options)
+{
+   assert(tex->dest.is_ssa);
+   assert(nir_tex_instr_dest_size(tex) == 4);
+   assert(nir_alu_type_get_base_type(tex->dest_type) == nir_type_float);
+   assert(tex->op == nir_texop_tex);
+   assert(tex->coord_components == 2);
+
+   nir_tex_instr *plane_tex =
+      nir_tex_instr_create(b->shader, tex->num_srcs + 1);
+   for (unsigned i = 0; i < tex->num_srcs; i++) {
+      nir_src_copy(&plane_tex->src[i].src, &tex->src[i].src, plane_tex);
+      plane_tex->src[i].src_type = tex->src[i].src_type;
+   }
+   plane_tex->src[tex->num_srcs].src = nir_src_for_ssa(nir_imm_int(b, plane));
+   plane_tex->src[tex->num_srcs].src_type = nir_tex_src_plane;
+   plane_tex->op = nir_texop_tex;
+   plane_tex->sampler_dim = GLSL_SAMPLER_DIM_2D;
+   plane_tex->dest_type = nir_type_float;
+   plane_tex->coord_components = 2;
+
+   plane_tex->texture_index = tex->texture_index;
+   plane_tex->sampler_index = tex->sampler_index;
+
+   nir_ssa_dest_init(&plane_tex->instr, &plane_tex->dest, 4,
+         nir_dest_bit_size(tex->dest), NULL);
+
+   nir_builder_instr_insert(b, &plane_tex->instr);
+
+   /* If scaling_factor is set, return a scaled value. */
+   if (options->scale_factors[tex->texture_index])
+      return nir_fmul_imm(b, &plane_tex->dest.ssa,
+                          options->scale_factors[tex->texture_index]);
+
+   return &plane_tex->dest.ssa;
+}
+
+static void
+convert_yuv_to_rgb(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                   nir_ssa_def *y, nir_ssa_def *u, nir_ssa_def *v,
+                   nir_ssa_def *a,
+                   const nir_lower_tex_options *options)
+{
+
+   float *offset_vals;
+   float *m_vals;
+   assert((options->bt709_external & options->bt2020_external) == 0);
+   if (options->bt709_external & (1 << tex->texture_index)) {
+      m_vals = bt709_csc_coeffs;
+      offset_vals = bt709_csc_offsets;
+   } else if (options->bt2020_external & (1 << tex->texture_index)) {
+      m_vals = bt2020_csc_coeffs;
+      offset_vals = bt2020_csc_offsets;
+   } else {
+      m_vals = bt601_csc_coeffs;
+      offset_vals = bt601_csc_offsets;
+   }
+
+   nir_const_value m[3][4] = {
+      { { .f32 = m_vals[0] }, { .f32 =  m_vals[1] }, { .f32 = m_vals[2] }, { .f32 = 0.0f } },
+      { { .f32 = m_vals[3] }, { .f32 =  m_vals[4] }, { .f32 = m_vals[5] }, { .f32 = 0.0f } },
+      { { .f32 = m_vals[6] }, { .f32 =  m_vals[7] }, { .f32 = m_vals[8] }, { .f32 = 0.0f } },
+   };
+   unsigned bit_size = nir_dest_bit_size(tex->dest);
+
+   nir_ssa_def *offset =
+      nir_vec4(b,
+               nir_imm_float(b, offset_vals[0]),
+               nir_imm_float(b, offset_vals[1]),
+               nir_imm_float(b, offset_vals[2]),
+               a);
+
+   offset = nir_f2fN(b, offset, bit_size);
+
+   nir_ssa_def *m0 = nir_f2fN(b, nir_build_imm(b, 4, 32, m[0]), bit_size);
+   nir_ssa_def *m1 = nir_f2fN(b, nir_build_imm(b, 4, 32, m[1]), bit_size);
+   nir_ssa_def *m2 = nir_f2fN(b, nir_build_imm(b, 4, 32, m[2]), bit_size);
+
+   nir_ssa_def *result =
+      nir_ffma(b, y, m0, nir_ffma(b, u, m1, nir_ffma(b, v, m2, offset)));
+
+   nir_ssa_def_rewrite_uses(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(result));
+}
+
+static void
+lower_y_uv_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                    const nir_lower_tex_options *options)
+{
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   nir_ssa_def *y = sample_plane(b, tex, 0, options);
+   nir_ssa_def *uv = sample_plane(b, tex, 1, options);
+
+   convert_yuv_to_rgb(b, tex,
+                      nir_channel(b, y, 0),
+                      nir_channel(b, uv, 0),
+                      nir_channel(b, uv, 1),
+                      nir_imm_float(b, 1.0f),
+                      options);
+}
+
+static void
+lower_y_u_v_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                     const nir_lower_tex_options *options)
+{
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   nir_ssa_def *y = sample_plane(b, tex, 0, options);
+   nir_ssa_def *u = sample_plane(b, tex, 1, options);
+   nir_ssa_def *v = sample_plane(b, tex, 2, options);
+
+   convert_yuv_to_rgb(b, tex,
+                      nir_channel(b, y, 0),
+                      nir_channel(b, u, 0),
+                      nir_channel(b, v, 0),
+                      nir_imm_float(b, 1.0f),
+                      options);
+}
+
+static void
+lower_yx_xuxv_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                       const nir_lower_tex_options *options)
+{
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   nir_ssa_def *y = sample_plane(b, tex, 0, options);
+   nir_ssa_def *xuxv = sample_plane(b, tex, 1, options);
+
+   convert_yuv_to_rgb(b, tex,
+                      nir_channel(b, y, 0),
+                      nir_channel(b, xuxv, 1),
+                      nir_channel(b, xuxv, 3),
+                      nir_imm_float(b, 1.0f),
+                      options);
+}
+
+static void
+lower_xy_uxvx_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                       const nir_lower_tex_options *options)
+{
+  b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+  nir_ssa_def *y = sample_plane(b, tex, 0, options);
+  nir_ssa_def *uxvx = sample_plane(b, tex, 1, options);
+
+  convert_yuv_to_rgb(b, tex,
+                     nir_channel(b, y, 1),
+                     nir_channel(b, uxvx, 0),
+                     nir_channel(b, uxvx, 2),
+                     nir_imm_float(b, 1.0f),
+                     options);
+}
+
+static void
+lower_ayuv_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                    const nir_lower_tex_options *options)
+{
+  b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+  nir_ssa_def *ayuv = sample_plane(b, tex, 0, options);
+
+  convert_yuv_to_rgb(b, tex,
+                     nir_channel(b, ayuv, 2),
+                     nir_channel(b, ayuv, 1),
+                     nir_channel(b, ayuv, 0),
+                     nir_channel(b, ayuv, 3),
+                     options);
+}
+
+static void
+lower_xyuv_external(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                    const nir_lower_tex_options *options)
+{
+  b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+  nir_ssa_def *xyuv = sample_plane(b, tex, 0, options);
+
+  convert_yuv_to_rgb(b, tex,
+                     nir_channel(b, xyuv, 2),
+                     nir_channel(b, xyuv, 1),
+                     nir_channel(b, xyuv, 0),
+                     nir_imm_float(b, 1.0f),
+                     options);
+}
+
+/*
+ * Converts a nir_texop_txd instruction to nir_texop_txl with the given lod
+ * computed from the gradients.
+ */
+static void
+replace_gradient_with_lod(nir_builder *b, nir_ssa_def *lod, nir_tex_instr *tex)
+{
+   assert(tex->op == nir_texop_txd);
+
+   nir_tex_instr_remove_src(tex, nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddx));
+   nir_tex_instr_remove_src(tex, nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddy));
+
+   int min_lod_idx = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_min_lod);
+   if (min_lod_idx >= 0) {
+      /* If we have a minimum LOD, clamp LOD accordingly */
+      lod = nir_fmax(b, lod, nir_ssa_for_src(b, tex->src[min_lod_idx].src, 1));
+      nir_tex_instr_remove_src(tex, min_lod_idx);
+   }
+
+   nir_tex_instr_add_src(tex, nir_tex_src_lod, nir_src_for_ssa(lod));
+   tex->op = nir_texop_txl;
+}
+
+static void
+lower_gradient_cube_map(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   assert(tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_CUBE);
+   assert(tex->op == nir_texop_txd);
+   assert(tex->dest.is_ssa);
+
+   /* Use textureSize() to get the width and height of LOD 0 */
+   nir_ssa_def *size = nir_i2f32(b, nir_get_texture_size(b, tex));
+
+   /* Cubemap texture lookups first generate a texture coordinate normalized
+    * to [-1, 1] on the appropiate face. The appropiate face is determined
+    * by which component has largest magnitude and its sign. The texture
+    * coordinate is the quotient of the remaining texture coordinates against
+    * that absolute value of the component of largest magnitude. This
+    * division requires that the computing of the derivative of the texel
+    * coordinate must use the quotient rule. The high level GLSL code is as
+    * follows:
+    *
+    * Step 1: selection
+    *
+    * vec3 abs_p, Q, dQdx, dQdy;
+    * abs_p = abs(ir->coordinate);
+    * if (abs_p.x >= max(abs_p.y, abs_p.z)) {
+    *    Q = ir->coordinate.yzx;
+    *    dQdx = ir->lod_info.grad.dPdx.yzx;
+    *    dQdy = ir->lod_info.grad.dPdy.yzx;
+    * }
+    * if (abs_p.y >= max(abs_p.x, abs_p.z)) {
+    *    Q = ir->coordinate.xzy;
+    *    dQdx = ir->lod_info.grad.dPdx.xzy;
+    *    dQdy = ir->lod_info.grad.dPdy.xzy;
+    * }
+    * if (abs_p.z >= max(abs_p.x, abs_p.y)) {
+    *    Q = ir->coordinate;
+    *    dQdx = ir->lod_info.grad.dPdx;
+    *    dQdy = ir->lod_info.grad.dPdy;
+    * }
+    *
+    * Step 2: use quotient rule to compute derivative. The normalized to
+    * [-1, 1] texel coordinate is given by Q.xy / (sign(Q.z) * Q.z). We are
+    * only concerned with the magnitudes of the derivatives whose values are
+    * not affected by the sign. We drop the sign from the computation.
+    *
+    * vec2 dx, dy;
+    * float recip;
+    *
+    * recip = 1.0 / Q.z;
+    * dx = recip * ( dQdx.xy - Q.xy * (dQdx.z * recip) );
+    * dy = recip * ( dQdy.xy - Q.xy * (dQdy.z * recip) );
+    *
+    * Step 3: compute LOD. At this point we have the derivatives of the
+    * texture coordinates normalized to [-1,1]. We take the LOD to be
+    *  result = log2(max(sqrt(dot(dx, dx)), sqrt(dy, dy)) * 0.5 * L)
+    *         = -1.0 + log2(max(sqrt(dot(dx, dx)), sqrt(dy, dy)) * L)
+    *         = -1.0 + log2(sqrt(max(dot(dx, dx), dot(dy,dy))) * L)
+    *         = -1.0 + log2(sqrt(L * L * max(dot(dx, dx), dot(dy,dy))))
+    *         = -1.0 + 0.5 * log2(L * L * max(dot(dx, dx), dot(dy,dy)))
+    * where L is the dimension of the cubemap. The code is:
+    *
+    * float M, result;
+    * M = max(dot(dx, dx), dot(dy, dy));
+    * L = textureSize(sampler, 0).x;
+    * result = -1.0 + 0.5 * log2(L * L * M);
+    */
+
+   /* coordinate */
+   nir_ssa_def *p =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_coord)].src.ssa;
+
+   /* unmodified dPdx, dPdy values */
+   nir_ssa_def *dPdx =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddx)].src.ssa;
+   nir_ssa_def *dPdy =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddy)].src.ssa;
+
+   nir_ssa_def *abs_p = nir_fabs(b, p);
+   nir_ssa_def *abs_p_x = nir_channel(b, abs_p, 0);
+   nir_ssa_def *abs_p_y = nir_channel(b, abs_p, 1);
+   nir_ssa_def *abs_p_z = nir_channel(b, abs_p, 2);
+
+   /* 1. compute selector */
+   nir_ssa_def *Q, *dQdx, *dQdy;
+
+   nir_ssa_def *cond_z = nir_fge(b, abs_p_z, nir_fmax(b, abs_p_x, abs_p_y));
+   nir_ssa_def *cond_y = nir_fge(b, abs_p_y, nir_fmax(b, abs_p_x, abs_p_z));
+
+   unsigned yzx[3] = { 1, 2, 0 };
+   unsigned xzy[3] = { 0, 2, 1 };
+
+   Q = nir_bcsel(b, cond_z,
+                 p,
+                 nir_bcsel(b, cond_y,
+                           nir_swizzle(b, p, xzy, 3),
+                           nir_swizzle(b, p, yzx, 3)));
+
+   dQdx = nir_bcsel(b, cond_z,
+                    dPdx,
+                    nir_bcsel(b, cond_y,
+                              nir_swizzle(b, dPdx, xzy, 3),
+                              nir_swizzle(b, dPdx, yzx, 3)));
+
+   dQdy = nir_bcsel(b, cond_z,
+                    dPdy,
+                    nir_bcsel(b, cond_y,
+                              nir_swizzle(b, dPdy, xzy, 3),
+                              nir_swizzle(b, dPdy, yzx, 3)));
+
+   /* 2. quotient rule */
+
+   /* tmp = Q.xy * recip;
+    * dx = recip * ( dQdx.xy - (tmp * dQdx.z) );
+    * dy = recip * ( dQdy.xy - (tmp * dQdy.z) );
+    */
+   nir_ssa_def *rcp_Q_z = nir_frcp(b, nir_channel(b, Q, 2));
+
+   nir_ssa_def *Q_xy = nir_channels(b, Q, 0x3);
+   nir_ssa_def *tmp = nir_fmul(b, Q_xy, rcp_Q_z);
+
+   nir_ssa_def *dQdx_xy = nir_channels(b, dQdx, 0x3);
+   nir_ssa_def *dQdx_z = nir_channel(b, dQdx, 2);
+   nir_ssa_def *dx =
+      nir_fmul(b, rcp_Q_z, nir_fsub(b, dQdx_xy, nir_fmul(b, tmp, dQdx_z)));
+
+   nir_ssa_def *dQdy_xy = nir_channels(b, dQdy, 0x3);
+   nir_ssa_def *dQdy_z = nir_channel(b, dQdy, 2);
+   nir_ssa_def *dy =
+      nir_fmul(b, rcp_Q_z, nir_fsub(b, dQdy_xy, nir_fmul(b, tmp, dQdy_z)));
+
+   /* M = max(dot(dx, dx), dot(dy, dy)); */
+   nir_ssa_def *M = nir_fmax(b, nir_fdot(b, dx, dx), nir_fdot(b, dy, dy));
+
+   /* size has textureSize() of LOD 0 */
+   nir_ssa_def *L = nir_channel(b, size, 0);
+
+   /* lod = -1.0 + 0.5 * log2(L * L * M); */
+   nir_ssa_def *lod =
+      nir_fadd(b,
+               nir_imm_float(b, -1.0f),
+               nir_fmul(b,
+                        nir_imm_float(b, 0.5f),
+                        nir_flog2(b, nir_fmul(b, L, nir_fmul(b, L, M)))));
+
+   /* 3. Replace the gradient instruction with an equivalent lod instruction */
+   replace_gradient_with_lod(b, lod, tex);
+}
+
+static void
+lower_gradient(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   /* Cubes are more complicated and have their own function */
+   if (tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_CUBE) {
+      lower_gradient_cube_map(b, tex);
+      return;
+   }
+
+   assert(tex->sampler_dim != GLSL_SAMPLER_DIM_CUBE);
+   assert(tex->op == nir_texop_txd);
+   assert(tex->dest.is_ssa);
+
+   /* Use textureSize() to get the width and height of LOD 0 */
+   unsigned component_mask;
+   switch (tex->sampler_dim) {
+   case GLSL_SAMPLER_DIM_3D:
+      component_mask = 7;
+      break;
+   case GLSL_SAMPLER_DIM_1D:
+      component_mask = 1;
+      break;
+   default:
+      component_mask = 3;
+      break;
+   }
+
+   nir_ssa_def *size =
+      nir_channels(b, nir_i2f32(b, nir_get_texture_size(b, tex)),
+                      component_mask);
+
+   /* Scale the gradients by width and height.  Effectively, the incoming
+    * gradients are s'(x,y), t'(x,y), and r'(x,y) from equation 3.19 in the
+    * GL 3.0 spec; we want u'(x,y), which is w_t * s'(x,y).
+    */
+   nir_ssa_def *ddx =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddx)].src.ssa;
+   nir_ssa_def *ddy =
+      tex->src[nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_ddy)].src.ssa;
+
+   nir_ssa_def *dPdx = nir_fmul(b, ddx, size);
+   nir_ssa_def *dPdy = nir_fmul(b, ddy, size);
+
+   nir_ssa_def *rho;
+   if (dPdx->num_components == 1) {
+      rho = nir_fmax(b, nir_fabs(b, dPdx), nir_fabs(b, dPdy));
+   } else {
+      rho = nir_fmax(b,
+                     nir_fsqrt(b, nir_fdot(b, dPdx, dPdx)),
+                     nir_fsqrt(b, nir_fdot(b, dPdy, dPdy)));
+   }
+
+   /* lod = log2(rho).  We're ignoring GL state biases for now. */
+   nir_ssa_def *lod = nir_flog2(b, rho);
+
+   /* Replace the gradient instruction with an equivalent lod instruction */
+   replace_gradient_with_lod(b, lod, tex);
 }
 
 static void
@@ -183,6 +672,8 @@ saturate_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, unsigned sat_mask)
       /* split src into components: */
       nir_ssa_def *comp[4];
 
+      assume(tex->coord_components >= 1);
+
       for (unsigned j = 0; j < tex->coord_components; j++)
          comp[j] = nir_channel(b, src, j);
 
@@ -197,7 +688,7 @@ saturate_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, unsigned sat_mask)
                /* non-normalized texture coords, so clamp to texture
                 * size rather than [0.0, 1.0]
                 */
-               nir_ssa_def *txs = get_texture_size(b, tex);
+               nir_ssa_def *txs = nir_i2f32(b, nir_get_texture_size(b, tex));
                comp[j] = nir_fmax(b, comp[j], nir_imm_float(b, 0.0));
                comp[j] = nir_fmin(b, comp[j], nir_channel(b, txs, j));
             } else {
@@ -218,21 +709,36 @@ saturate_src(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, unsigned sat_mask)
 static nir_ssa_def *
 get_zero_or_one(nir_builder *b, nir_alu_type type, uint8_t swizzle_val)
 {
-   nir_const_value v;
+   nir_const_value v[4];
 
    memset(&v, 0, sizeof(v));
 
    if (swizzle_val == 4) {
-      v.u[0] = v.u[1] = v.u[2] = v.u[3] = 0;
+      v[0].u32 = v[1].u32 = v[2].u32 = v[3].u32 = 0;
    } else {
       assert(swizzle_val == 5);
       if (type == nir_type_float)
-         v.f[0] = v.f[1] = v.f[2] = v.f[3] = 1.0;
+         v[0].f32 = v[1].f32 = v[2].f32 = v[3].f32 = 1.0;
       else
-         v.u[0] = v.u[1] = v.u[2] = v.u[3] = 1;
+         v[0].u32 = v[1].u32 = v[2].u32 = v[3].u32 = 1;
    }
 
-   return nir_build_imm(b, 4, v);
+   return nir_build_imm(b, 4, 32, v);
+}
+
+static void
+swizzle_tg4_broadcom(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   assert(tex->dest.is_ssa);
+
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   assert(nir_tex_instr_dest_size(tex) == 4);
+   unsigned swiz[4] = { 2, 3, 1, 0 };
+   nir_ssa_def *swizzled = nir_swizzle(b, &tex->dest.ssa, swiz, 4);
+
+   nir_ssa_def_rewrite_uses_after(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(swizzled),
+                                  swizzled->parent_instr);
 }
 
 static void
@@ -256,8 +762,8 @@ swizzle_result(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, const uint8_t swizzle[4])
       if (swizzle[0] < 4 && swizzle[1] < 4 &&
           swizzle[2] < 4 && swizzle[3] < 4) {
          unsigned swiz[4] = { swizzle[0], swizzle[1], swizzle[2], swizzle[3] };
-         /* We have no 0's or 1's, just emit a swizzling MOV */
-         swizzled = nir_swizzle(b, &tex->dest.ssa, swiz, 4, false);
+         /* We have no 0s or 1s, just emit a swizzling MOV */
+         swizzled = nir_swizzle(b, &tex->dest.ssa, swiz, 4);
       } else {
          nir_ssa_def *srcs[4];
          for (unsigned i = 0; i < 4; i++) {
@@ -275,81 +781,399 @@ swizzle_result(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex, const uint8_t swizzle[4])
                                   swizzled->parent_instr);
 }
 
+static void
+linearize_srgb_result(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   assert(tex->dest.is_ssa);
+   assert(nir_tex_instr_dest_size(tex) == 4);
+   assert(nir_alu_type_get_base_type(tex->dest_type) == nir_type_float);
+
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   nir_ssa_def *rgb =
+      nir_format_srgb_to_linear(b, nir_channels(b, &tex->dest.ssa, 0x7));
+
+   /* alpha is untouched: */
+   nir_ssa_def *result = nir_vec4(b,
+                                  nir_channel(b, rgb, 0),
+                                  nir_channel(b, rgb, 1),
+                                  nir_channel(b, rgb, 2),
+                                  nir_channel(b, &tex->dest.ssa, 3));
+
+   nir_ssa_def_rewrite_uses_after(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(result),
+                                  result->parent_instr);
+}
+
+/**
+ * Lowers texture instructions from giving a vec4 result to a vec2 of f16,
+ * i16, or u16, or a single unorm4x8 value.
+ *
+ * Note that we don't change the destination num_components, because
+ * nir_tex_instr_dest_size() will still return 4.  The driver is just expected
+ * to not store the other channels, given that nothing at the NIR level will
+ * read them.
+ */
+static void
+lower_tex_packing(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex,
+                  const nir_lower_tex_options *options)
+{
+   nir_ssa_def *color = &tex->dest.ssa;
+
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   switch (options->lower_tex_packing[tex->sampler_index]) {
+   case nir_lower_tex_packing_none:
+      return;
+
+   case nir_lower_tex_packing_16: {
+      static const unsigned bits[4] = {16, 16, 16, 16};
+
+      switch (nir_alu_type_get_base_type(tex->dest_type)) {
+      case nir_type_float:
+         if (tex->is_shadow && tex->is_new_style_shadow) {
+            color = nir_unpack_half_2x16_split_x(b, nir_channel(b, color, 0));
+         } else {
+            nir_ssa_def *rg = nir_channel(b, color, 0);
+            nir_ssa_def *ba = nir_channel(b, color, 1);
+            color = nir_vec4(b,
+                             nir_unpack_half_2x16_split_x(b, rg),
+                             nir_unpack_half_2x16_split_y(b, rg),
+                             nir_unpack_half_2x16_split_x(b, ba),
+                             nir_unpack_half_2x16_split_y(b, ba));
+         }
+         break;
+
+      case nir_type_int:
+         color = nir_format_unpack_sint(b, color, bits, 4);
+         break;
+
+      case nir_type_uint:
+         color = nir_format_unpack_uint(b, color, bits, 4);
+         break;
+
+      default:
+         unreachable("unknown base type");
+      }
+      break;
+   }
+
+   case nir_lower_tex_packing_8:
+      assert(nir_alu_type_get_base_type(tex->dest_type) == nir_type_float);
+      color = nir_unpack_unorm_4x8(b, nir_channel(b, color, 0));
+      break;
+   }
+
+   nir_ssa_def_rewrite_uses_after(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(color),
+                                  color->parent_instr);
+}
+
+static bool
+sampler_index_lt(nir_tex_instr *tex, unsigned max)
+{
+   assert(nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_sampler_deref) == -1);
+
+   unsigned sampler_index = tex->sampler_index;
+
+   int sampler_offset_idx =
+      nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_sampler_offset);
+   if (sampler_offset_idx >= 0) {
+      if (!nir_src_is_const(tex->src[sampler_offset_idx].src))
+         return false;
+
+      sampler_index += nir_src_as_uint(tex->src[sampler_offset_idx].src);
+   }
+
+   return sampler_index < max;
+}
+
 static bool
-nir_lower_tex_block(nir_block *block, void *void_state)
+lower_tg4_offsets(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
 {
-   lower_tex_state *state = void_state;
-   nir_builder *b = &state->b;
+   assert(tex->op == nir_texop_tg4);
+   assert(nir_tex_instr_has_explicit_tg4_offsets(tex));
+   assert(nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_offset) == -1);
 
-   nir_foreach_instr_safe(block, instr) {
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+
+   nir_ssa_def *dest[4];
+   for (unsigned i = 0; i < 4; ++i) {
+      nir_tex_instr *tex_copy = nir_tex_instr_create(b->shader, tex->num_srcs + 1);
+      tex_copy->op = tex->op;
+      tex_copy->coord_components = tex->coord_components;
+      tex_copy->sampler_dim = tex->sampler_dim;
+      tex_copy->is_array = tex->is_array;
+      tex_copy->is_shadow = tex->is_shadow;
+      tex_copy->is_new_style_shadow = tex->is_new_style_shadow;
+      tex_copy->component = tex->component;
+      tex_copy->dest_type = tex->dest_type;
+
+      for (unsigned j = 0; j < tex->num_srcs; ++j) {
+         nir_src_copy(&tex_copy->src[j].src, &tex->src[j].src, tex_copy);
+         tex_copy->src[j].src_type = tex->src[j].src_type;
+      }
+
+      nir_tex_src src;
+      src.src = nir_src_for_ssa(nir_imm_ivec2(b, tex->tg4_offsets[i][0],
+                                                 tex->tg4_offsets[i][1]));
+      src.src_type = nir_tex_src_offset;
+      tex_copy->src[tex_copy->num_srcs - 1] = src;
+
+      nir_ssa_dest_init(&tex_copy->instr, &tex_copy->dest,
+                        nir_tex_instr_dest_size(tex), 32, NULL);
+
+      nir_builder_instr_insert(b, &tex_copy->instr);
+
+      dest[i] = nir_channel(b, &tex_copy->dest.ssa, 3);
+   }
+
+   nir_ssa_def *res = nir_vec4(b, dest[0], dest[1], dest[2], dest[3]);
+   nir_ssa_def_rewrite_uses(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(res));
+   nir_instr_remove(&tex->instr);
+
+   return true;
+}
+
+static bool
+nir_lower_txs_lod(nir_builder *b, nir_tex_instr *tex)
+{
+   int lod_idx = nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_lod);
+   if (lod_idx < 0 ||
+       (nir_src_is_const(tex->src[lod_idx].src) &&
+        nir_src_as_int(tex->src[lod_idx].src) == 0))
+      return false;
+
+   unsigned dest_size = nir_tex_instr_dest_size(tex);
+
+   b->cursor = nir_before_instr(&tex->instr);
+   nir_ssa_def *lod = nir_ssa_for_src(b, tex->src[lod_idx].src, 1);
+
+   /* Replace the non-0-LOD in the initial TXS operation by a 0-LOD. */
+   nir_instr_rewrite_src(&tex->instr, &tex->src[lod_idx].src,
+                         nir_src_for_ssa(nir_imm_int(b, 0)));
+
+   /* TXS(LOD) = max(TXS(0) >> LOD, 1) */
+   b->cursor = nir_after_instr(&tex->instr);
+   nir_ssa_def *minified = nir_imax(b, nir_ushr(b, &tex->dest.ssa, lod),
+                                    nir_imm_int(b, 1));
+
+   /* Make sure the component encoding the array size (if any) is not
+    * minified.
+    */
+   if (tex->is_array) {
+      nir_ssa_def *comp[3];
+
+      assert(dest_size <= ARRAY_SIZE(comp));
+      for (unsigned i = 0; i < dest_size - 1; i++)
+         comp[i] = nir_channel(b, minified, i);
+
+      comp[dest_size - 1] = nir_channel(b, &tex->dest.ssa, dest_size - 1);
+      minified = nir_vec(b, comp, dest_size);
+   }
+
+   nir_ssa_def_rewrite_uses_after(&tex->dest.ssa, nir_src_for_ssa(minified),
+                                  minified->parent_instr);
+   return true;
+}
+
+static bool
+nir_lower_tex_block(nir_block *block, nir_builder *b,
+                    const nir_lower_tex_options *options)
+{
+   bool progress = false;
+
+   nir_foreach_instr_safe(instr, block) {
       if (instr->type != nir_instr_type_tex)
          continue;
 
       nir_tex_instr *tex = nir_instr_as_tex(instr);
-      bool lower_txp = !!(state->options->lower_txp & (1 << tex->sampler_dim));
+      bool lower_txp = !!(options->lower_txp & (1 << tex->sampler_dim));
 
       /* mask of src coords to saturate (clamp): */
       unsigned sat_mask = 0;
 
-      if ((1 << tex->texture_index) & state->options->saturate_r)
+      if ((1 << tex->sampler_index) & options->saturate_r)
          sat_mask |= (1 << 2);    /* .z */
-      if ((1 << tex->texture_index) & state->options->saturate_t)
+      if ((1 << tex->sampler_index) & options->saturate_t)
          sat_mask |= (1 << 1);    /* .y */
-      if ((1 << tex->texture_index) & state->options->saturate_s)
+      if ((1 << tex->sampler_index) & options->saturate_s)
          sat_mask |= (1 << 0);    /* .x */
 
       /* If we are clamping any coords, we must lower projector first
        * as clamping happens *after* projection:
        */
       if (lower_txp || sat_mask) {
-         project_src(b, tex);
-         state->progress = true;
+         progress |= project_src(b, tex);
+      }
+
+      if ((tex->op == nir_texop_txf && options->lower_txf_offset) ||
+          (sat_mask && nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_coord) >= 0) ||
+          (tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_RECT &&
+           options->lower_rect_offset)) {
+         progress = lower_offset(b, tex) || progress;
       }
 
-      if ((tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_RECT) &&
-          state->options->lower_rect) {
+      if ((tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_RECT) && options->lower_rect &&
+          tex->op != nir_texop_txf && !nir_tex_instr_is_query(tex)) {
          lower_rect(b, tex);
-         state->progress = true;
+         progress = true;
+      }
+
+      if ((1 << tex->texture_index) & options->lower_y_uv_external) {
+         lower_y_uv_external(b, tex, options);
+         progress = true;
+      }
+
+      if ((1 << tex->texture_index) & options->lower_y_u_v_external) {
+         lower_y_u_v_external(b, tex, options);
+         progress = true;
+      }
+
+      if ((1 << tex->texture_index) & options->lower_yx_xuxv_external) {
+         lower_yx_xuxv_external(b, tex, options);
+         progress = true;
+      }
+
+      if ((1 << tex->texture_index) & options->lower_xy_uxvx_external) {
+         lower_xy_uxvx_external(b, tex, options);
+         progress = true;
+      }
+
+      if ((1 << tex->texture_index) & options->lower_ayuv_external) {
+         lower_ayuv_external(b, tex, options);
+         progress = true;
+      }
+
+      if ((1 << tex->texture_index) & options->lower_xyuv_external) {
+         lower_xyuv_external(b, tex, options);
+         progress = true;
       }
 
       if (sat_mask) {
          saturate_src(b, tex, sat_mask);
-         state->progress = true;
+         progress = true;
+      }
+
+      if (tex->op == nir_texop_tg4 && options->lower_tg4_broadcom_swizzle) {
+         swizzle_tg4_broadcom(b, tex);
+         progress = true;
       }
 
-      if (((1 << tex->texture_index) & state->options->swizzle_result) &&
+      if (((1 << tex->texture_index) & options->swizzle_result) &&
           !nir_tex_instr_is_query(tex) &&
           !(tex->is_shadow && tex->is_new_style_shadow)) {
-         swizzle_result(b, tex, state->options->swizzles[tex->texture_index]);
-         state->progress = true;
+         swizzle_result(b, tex, options->swizzles[tex->texture_index]);
+         progress = true;
+      }
+
+      /* should be after swizzle so we know which channels are rgb: */
+      if (((1 << tex->texture_index) & options->lower_srgb) &&
+          !nir_tex_instr_is_query(tex) && !tex->is_shadow) {
+         linearize_srgb_result(b, tex);
+         progress = true;
+      }
+
+      const bool has_min_lod =
+         nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_min_lod) >= 0;
+      const bool has_offset =
+         nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_offset) >= 0;
+
+      if (tex->op == nir_texop_txb && tex->is_shadow && has_min_lod &&
+          options->lower_txb_shadow_clamp) {
+         lower_implicit_lod(b, tex);
+         progress = true;
+      }
+
+      if (options->lower_tex_packing[tex->sampler_index] !=
+          nir_lower_tex_packing_none &&
+          tex->op != nir_texop_txs &&
+          tex->op != nir_texop_query_levels) {
+         lower_tex_packing(b, tex, options);
+         progress = true;
+      }
+
+      if (tex->op == nir_texop_txd &&
+          (options->lower_txd ||
+           (options->lower_txd_shadow && tex->is_shadow) ||
+           (options->lower_txd_shadow_clamp && tex->is_shadow && has_min_lod) ||
+           (options->lower_txd_offset_clamp && has_offset && has_min_lod) ||
+           (options->lower_txd_clamp_bindless_sampler && has_min_lod &&
+            nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_sampler_handle) != -1) ||
+           (options->lower_txd_clamp_if_sampler_index_not_lt_16 &&
+            has_min_lod && !sampler_index_lt(tex, 16)) ||
+           (options->lower_txd_cube_map &&
+            tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_CUBE) ||
+           (options->lower_txd_3d &&
+            tex->sampler_dim == GLSL_SAMPLER_DIM_3D))) {
+         lower_gradient(b, tex);
+         progress = true;
+         continue;
+      }
+
+      bool shader_supports_implicit_lod =
+         b->shader->info.stage == MESA_SHADER_FRAGMENT ||
+         (b->shader->info.stage == MESA_SHADER_COMPUTE &&
+          b->shader->info.cs.derivative_group != DERIVATIVE_GROUP_NONE);
+
+      /* TXF, TXS and TXL require a LOD but not everything we implement using those
+       * three opcodes provides one.  Provide a default LOD of 0.
+       */
+      if ((nir_tex_instr_src_index(tex, nir_tex_src_lod) == -1) &&
+          (tex->op == nir_texop_txf || tex->op == nir_texop_txs ||
+           tex->op == nir_texop_txl || tex->op == nir_texop_query_levels ||
+           (tex->op == nir_texop_tex && !shader_supports_implicit_lod))) {
+         b->cursor = nir_before_instr(&tex->instr);
+         nir_tex_instr_add_src(tex, nir_tex_src_lod, nir_src_for_ssa(nir_imm_int(b, 0)));
+         if (tex->op == nir_texop_tex && options->lower_tex_without_implicit_lod)
+            tex->op = nir_texop_txl;
+         progress = true;
+         continue;
+      }
+
+      if (options->lower_txs_lod && tex->op == nir_texop_txs) {
+         progress |= nir_lower_txs_lod(b, tex);
+         continue;
+      }
+
+      /* has to happen after all the other lowerings as the original tg4 gets
+       * replaced by 4 tg4 instructions.
+       */
+      if (tex->op == nir_texop_tg4 &&
+          nir_tex_instr_has_explicit_tg4_offsets(tex) &&
+          options->lower_tg4_offsets) {
+         progress |= lower_tg4_offsets(b, tex);
+         continue;
       }
    }
 
-   return true;
+   return progress;
 }
 
-static void
-nir_lower_tex_impl(nir_function_impl *impl, lower_tex_state *state)
+static bool
+nir_lower_tex_impl(nir_function_impl *impl,
+                   const nir_lower_tex_options *options)
 {
-   nir_builder_init(&state->b, impl);
+   bool progress = false;
+   nir_builder builder;
+   nir_builder_init(&builder, impl);
 
-   nir_foreach_block(impl, nir_lower_tex_block, state);
+   nir_foreach_block(block, impl) {
+      progress |= nir_lower_tex_block(block, &builder, options);
+   }
 
    nir_metadata_preserve(impl, nir_metadata_block_index |
                                nir_metadata_dominance);
+   return progress;
 }
 
 bool
 nir_lower_tex(nir_shader *shader, const nir_lower_tex_options *options)
 {
-   lower_tex_state state;
-   state.options = options;
-   state.progress = false;
+   bool progress = false;
 
-   nir_foreach_function(shader, function) {
+   nir_foreach_function(function, shader) {
       if (function->impl)
-         nir_lower_tex_impl(function->impl, &state);
+         progress |= nir_lower_tex_impl(function->impl, options);
    }
 
-   return state.progress;
+   return progress;
 }