面向輕量級應(yīng)用的三維圖形加速模塊設(shè)計(jì).pdf

1、三維圖形的繪制具有計(jì)算密集和數(shù)據(jù)密集的特點(diǎn)，光靠CPU無法滿足實(shí)時(shí)性的要求，需要借助專用的硬件來加快處理速度。通用嵌入式圖形處理器具有很強(qiáng)的性能，但電路面積大、功耗高，不適用于一些輕量級設(shè)備。這些設(shè)備只需要基本的三維圖形繪制能力，用于實(shí)現(xiàn)三維用戶界面等。本文設(shè)計(jì)了專用的三維圖形加速模塊，具有可編程、小面積和低功耗的特點(diǎn)，適用于輕量級設(shè)備中三維圖形的繪制。
　　本文所設(shè)計(jì)的三維圖形加速模塊在功能和性能滿足輕量級應(yīng)用需求的同時(shí)，具有高

2、靈活性、低門數(shù)和低能耗的特點(diǎn)。整個(gè)設(shè)計(jì)采用流水結(jié)構(gòu)，將頂點(diǎn)著色器、光柵器、片段著色器和幀緩存處理單元四個(gè)組成部分各作為一個(gè)流水級，以提高處理效率。其中，頂點(diǎn)著色器為可編程部件，包含浮點(diǎn)矢量乘法運(yùn)算電路和浮點(diǎn)除法運(yùn)算電路，能夠以較高的速度和精度完成頂點(diǎn)的幾何變換操作;光柵器為固定功能部件，僅借助重心坐標(biāo)就可以完成整個(gè)光柵化過程，并且不會引入累計(jì)誤差，與傳統(tǒng)光柵器相比，具有硬件利用率高和計(jì)算準(zhǔn)確的特點(diǎn);片段著色器為可編程部件，包含一條支持整

3、數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算指令的運(yùn)算流水線，能夠以較低的代價(jià)和較高的效率實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的逐像素算法，例如實(shí)現(xiàn)文中提出的基于雙線性濾波和Catnull-Rom平滑的紋理映射方法;幀緩存處理單元為固定功能部件，具有電路結(jié)構(gòu)簡單和計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠以較低的代價(jià)解決最終圖像中隱藏面消除和顏色混合的問題。
　　利用Synopsys VCS和GIMP工具，對所設(shè)計(jì)的三維圖形加速模塊進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，三維圖形加速模塊能夠正確繪制三維圖形，工作頻率為2