面向移动设备的光栅化处理器的研究与设计

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1、摘要摘要随着电子设备显示分辨率的增加以及3D图形显示的几何模型变得更加复杂，移动设备中软件模拟实现的3D图形绘制占用大量的CPU资源，绘制的图形质量差，很难做到图形显示的实时性。国外图形芯片公司对移动设备3D绘制的硬件设计展开了全面的研究，也取得了一定的成果，但是受知识产权的保护，关于3D图形绘制的硬件设计的核心技术细节鲜有报道，国内的图形研究只是针对某些具体的应用进行软件设计，未见移动设备图形绘制硬件实现的相关报道。因此采用专用的硬件电路实现移动设备的3D图形处理系统，使之能够快速真实的绘制复杂图形，满足实时绘制的需求日益迫切。论文在教育部．英特尔信息技术专项

2、合作基金的支撑下，将面向移动设备的3D图形绘制系统中光栅阶段的硬件实现作为研究内容。论文主要工作和特色如下：1)针对真实感的3D图形系统的特点，在分析和研究3D图形中光栅化算法和工作流程的基础上，给出了一个完整的3D图形光栅化处理器架构，该架构包括一个可编程的三角形建立引擎和基于像素块的扫描插值单元。采用定点数据通路，利用有效的定点算法对三角形顶点数据进行处理，从而达到降低电路复杂度，保持较低功耗的效果。2)设计了一个面向移动设备的可编程三角形建立引擎，根据运算特点自定义指令集，用户可以灵活实现各种光栅算法；采用三路SIMD处理器架构，8级流水线，能够有效提高计

3、算吞吐率，一个时钟周期执行一条指令；还拥有高精度的特殊函数求值单元，从而保证了运算精度。3)给出了可编程三角形建立引擎的FPGA实现，搭建了一个基于SOPC的FPGA验证平台，使用软件和硬件协同设计实现TSE的验证。验证结果表明，该处理器在FPGAVertex2Pxc2vp30．7ff89上综合资源为4267个slices，硬件消耗较少，时钟频率79MHz，可以实时完成光栅部分的绘制工作。关键词：移动设备光栅化处理器可编程三角形建立引擎可编程片上系统AbstractWiththeincreaseofelectronicequipmentdisplayscreen

4、andgeometricmodelhasbecomemorecomplex，thesoftwaremethodnotonlytakeupalotofCPUresources，increasetheCPUburden，lowertherendingquality,anddifficulttoachievereal-timerendingof3Dgraphics．Althoughthegraphicsprocessingtechnologyisrelativelymature，butthehightechnicalbarriersinthisfieldandalmo

5、stallofcoretechnologymastedintheUnitedStatesandotherdevelopedcountriesandthevastmajorityofthepapersopentothepubliconlybriefintroducedsystemarchitecture．Domesticresearchanddesignofthegraphicshardwarerarely,somesofewaredesignonlyforcertainspecificapplicationsdonothavetheversatility．Aim

6、ingattheseproblems，mustusespecialhardwarecircuitto3Dgraphicsprocessingsystemofmobileequipment．ThispaperunderthesupportoftheEducation—IntelSpecialCooperationFundandwillresearchthehardwareimplementationofrasterphaseformobiledevices．Themainworksandthecharacteristicsofthisthesisareasfoll

7、ows：1)Accordingtothecharacteristicsofrealistic3Dgraphicssystem，thepaperanalysisandresearchinthealgorithmandworkprocessesof3Dgraphicsprocessor，establishcomplete3DrasterprocessorarchitecturewhichincludingaprogrammabletrianglesetupengineandSCanconversion，pixelinterpolationonthebasisofbl

8、ockarchitect