嵌入式GPU的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著半導體工藝以及芯片設計水平的不斷進步，電子設備的性能取得了極大提高。嵌入式應用終端得到了空前的發(fā)展，其能夠處理的數(shù)據量更大，覆蓋的領域更為廣泛，一些原本只能在PC機上實現(xiàn)的應用，也已出現(xiàn)在嵌入式設備中。另一方面，人們對于嵌入式設備的應用也提出了更高的要求。以手機為例，人們已經不再滿足于簡單的通話、短信、視頻播放等功能，而是希望手機能夠提供更強大的功能，如3D游戲、網絡直播、立體視頻處理等。這些原本PC機中由圖形處理器(GPU)完成的

2、應用不僅需要強大的計算能力以及大數(shù)據的處理，更需要低功耗、低成本以適應不斷發(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計的，是專用于嵌入式終端或者手持設備上的圖形處理器。與PC機的GPU相比，嵌入式GPU需要同時兼顧高性能、低功耗、低成本等特點。本文針對嵌入式應用的特點，對嵌入式GPU的算法需求及架構進行了研究，完成了一款基于統(tǒng)一著色器架構的嵌入式GPU設計。
　　本文首先介紹了圖形學的相關背景知識，介紹

3、了GPU的發(fā)展歷史及現(xiàn)有GPU設計的主流趨勢。接著，介紹了圖形學相關的基礎算法原理，包括坐標變換、圖元組裝、光柵化、插值以及紋理貼圖等。然后，介紹了圖形驅動的相關背景知識，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，該庫是OpenGL推出的針對嵌入式終端系統(tǒng)的圖形驅動庫。
　　嵌入式GPU設計主要包括架構設計，流處理器設計，指令處理模塊設計，存儲器設計以及幾何處理模塊設計。嵌入式G

4、PU采用統(tǒng)一著色器架構，可以有效的提高圖形處理效率和資源的利用率，利用可編程方式實現(xiàn)頂點變換，光照計算，紋理貼圖等功能。流處理器的設計包括核心計算單元CU設計，流水線設計，以及存儲結構設計。本文設計的流處理器包含8個CU模塊，每一個CU單元能夠同時實現(xiàn)4個32位的單精度浮點計算。8個CU單元構成8級流水線結構，有效的防止了各個CU單元訪問存儲器產生的沖突。本設計中的嵌入式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