嵌入式GPU的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝以及芯片設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步，電子設(shè)備的性能取得了極大提高。嵌入式應(yīng)用終端得到了空前的發(fā)展，其能夠處理的數(shù)據(jù)量更大，覆蓋的領(lǐng)域更為廣泛，一些原本只能在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，也已出現(xiàn)在嵌入式設(shè)備中。另一方面，人們對(duì)于嵌入式設(shè)備的應(yīng)用也提出了更高的要求。以手機(jī)為例，人們已經(jīng)不再滿足于簡(jiǎn)單的通話、短信、視頻播放等功能，而是希望手機(jī)能夠提供更強(qiáng)大的功能，如3D游戲、網(wǎng)絡(luò)直播、立體視頻處理等。這些原本PC機(jī)中由圖形處理器(GPU)完成的

2、應(yīng)用不僅需要強(qiáng)大的計(jì)算能力以及大數(shù)據(jù)的處理，更需要低功耗、低成本以適應(yīng)不斷發(fā)展的嵌入式系統(tǒng)需求。
　　嵌入式GPU正是為了滿足這些功能而設(shè)計(jì)的，是專用于嵌入式終端或者手持設(shè)備上的圖形處理器。與PC機(jī)的GPU相比，嵌入式GPU需要同時(shí)兼顧高性能、低功耗、低成本等特點(diǎn)。本文針對(duì)嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)嵌入式GPU的算法需求及架構(gòu)進(jìn)行了研究，完成了一款基于統(tǒng)一著色器架構(gòu)的嵌入式GPU設(shè)計(jì)。
　　本文首先介紹了圖形學(xué)的相關(guān)背景知識(shí)，介紹

3、了GPU的發(fā)展歷史及現(xiàn)有GPU設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。接著，介紹了圖形學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)算法原理，包括坐標(biāo)變換、圖元組裝、光柵化、插值以及紋理貼圖等。然后，介紹了圖形驅(qū)動(dòng)的相關(guān)背景知識(shí)，包括OpenGL和D3D這兩種使用最廣泛的圖形接口API。本文還介紹了OpenGLES圖形庫(kù)，該庫(kù)是OpenGL推出的針對(duì)嵌入式終端系統(tǒng)的圖形驅(qū)動(dòng)庫(kù)。
　　嵌入式GPU設(shè)計(jì)主要包括架構(gòu)設(shè)計(jì)，流處理器設(shè)計(jì)，指令處理模塊設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)以及幾何處理模塊設(shè)計(jì)。嵌入式G

4、PU采用統(tǒng)一著色器架構(gòu)，可以有效的提高圖形處理效率和資源的利用率，利用可編程方式實(shí)現(xiàn)頂點(diǎn)變換，光照計(jì)算，紋理貼圖等功能。流處理器的設(shè)計(jì)包括核心計(jì)算單元CU設(shè)計(jì)，流水線設(shè)計(jì)，以及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的流處理器包含8個(gè)CU模塊，每一個(gè)CU單元能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)4個(gè)32位的單精度浮點(diǎn)計(jì)算。8個(gè)CU單元構(gòu)成8級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，有效的防止了各個(gè)CU單元訪問(wèn)存儲(chǔ)器產(chǎn)生的沖突。本設(shè)計(jì)中的嵌入式GPU采用了全新的指令集，指令包含了3D處理的各種操作以及3D流程