基于飛騰平臺(tái)的GPU圖形加速技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、國(guó)產(chǎn)CPU在推動(dòng)我國(guó)信息安全和現(xiàn)代化進(jìn)程中起著非常重要的作用，然而由于國(guó)產(chǎn)CPU起步較晚，性能方面和國(guó)際上先進(jìn)的CPU還存在較大差距，國(guó)產(chǎn)CPU很多時(shí)候處理大量的多任務(wù)就已經(jīng)超負(fù)荷工作。因此為了提升國(guó)產(chǎn)飛騰平臺(tái)的整體性能和圖形加速效果，采用了國(guó)產(chǎn)飛騰 CPU和GPU異構(gòu)的方式。這樣可以將大量消耗 CPU資源的圖形加速任務(wù)交給非常擅長(zhǎng)圖形數(shù)據(jù)處理的GPU來(lái)做，進(jìn)而不僅CPU可以更加專注高效地處理其他任務(wù)而且圖形加速性能和效果也得到了大幅度

2、的提升。
　　本文深入研究了圖形加速子系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)的底層部分和軟硬件交互技術(shù)，并針對(duì)飛騰平臺(tái)的圖形加速特性，圍繞Vivante GC600和Radeon R6XX系列GPU在飛騰平臺(tái)上的應(yīng)用，深入剖析了GPU工作原理和系統(tǒng)核內(nèi)相關(guān)技術(shù)，包括幀緩沖設(shè)備、模式設(shè)置、顯存空間管理、命令緩沖與命令傳輸機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)。
　　首先，在飛騰平臺(tái)上為片上Vivante GC600實(shí)現(xiàn)Xorg/EXA2D和Mesa3D圖形加速系統(tǒng)。由于Viv

3、ante公司的GPU主要專注于移動(dòng)終端設(shè)備，在桌面圖形加速系統(tǒng)，特別是在Xorg系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用中并不成熟，首次將Vivante GC600應(yīng)用到飛騰桌面圖形加速系統(tǒng)中，難免會(huì)出現(xiàn)許多技術(shù)難題。在研究了FT1000A、飛騰桌面圖形加速和GC600的基礎(chǔ)上，針對(duì)圖形加速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了GC600的顯存空間管理、模式設(shè)置和幀緩沖設(shè)備，進(jìn)而將GC600成功應(yīng)用到了飛騰平臺(tái)的桌面圖形加速系統(tǒng)中。在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，主要解決了FT1000A

4、和GC600內(nèi)核顯存空間中存在的地址空間對(duì)齊、字節(jié)序和顯存分配與管理機(jī)制，模式設(shè)置中的多分辨率與異步芯片時(shí)鐘同步等技術(shù)難點(diǎn)，并突破了IOMMU方式的靜態(tài)預(yù)留與動(dòng)態(tài)分配相結(jié)合的顯存管理中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　其次，增加Radeon R6XX核內(nèi)/核外交互模式，并首次將R600應(yīng)用到DirectFB中，從而使其更加適應(yīng)圖形加速技術(shù)的發(fā)展。在面向嵌入式終端設(shè)備的應(yīng)用研究中，采用了DirectFB圖形加速系統(tǒng)作為 R6XX的加速框架，并且經(jīng)過(guò)

5、研究發(fā)現(xiàn)R6XX在技術(shù)上有很大的進(jìn)步，比如采用高效的命令傳輸機(jī)制與PM4命令包等。因此，增加了核內(nèi)/核外 Radeon R600驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，并成功實(shí)現(xiàn)將 R600應(yīng)用到DirectFB圖形加速系統(tǒng)中。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中主要研究并解決了主存地址空間分配與管理、采用命令處理器和PM4方式的命令緩沖與命令傳輸機(jī)制和精簡(jiǎn)的幀緩沖設(shè)備等軟硬件交互的一系列技術(shù)難點(diǎn)。突破了主機(jī)（CPU）系統(tǒng)主存到GPU地址空間的映射和核內(nèi)使用PM4命令包實(shí)現(xiàn)點(diǎn)劃線，繪制三

6、角形矩形，blit拷屏等基本操作相關(guān)的技術(shù)難題。
　　最后，在對(duì)圖形加速研究與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)基于GC600的圖形加速系統(tǒng)和DirectFB圖形加速系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試評(píng)估。選用了Vivante公司提供的測(cè)試包來(lái)測(cè)試GC600的功能完備性，在確認(rèn)功能完備的基礎(chǔ)上，然后對(duì)Xorg/EXA和Mesa圖形進(jìn)行了加速性能基本測(cè)試。同時(shí)，針對(duì)DirectFB系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，為了對(duì)比DirectFB圖形加速性能，在核內(nèi)實(shí)現(xiàn)了Blit拷屏操作來(lái)測(cè)試最接近R

7、600物理極限的性能，然后對(duì)R600在DirectFB系統(tǒng)下圖形加速的功能和性能進(jìn)行了測(cè)試。進(jìn)而驗(yàn)證了該圖形加速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案具有優(yōu)良的可行性。
　　總之，本文以 GPU圖形加速原理為基礎(chǔ)，對(duì)GPU的顯存地址空間、命令緩沖與命令傳輸機(jī)制、幀緩沖設(shè)備和模式設(shè)置等實(shí)現(xiàn)GPU圖形加速的核心技術(shù)進(jìn)行了深入研究。而更具有意義的是，將相關(guān)的研究結(jié)合應(yīng)用發(fā)展需求，成功地應(yīng)用到了飛騰平臺(tái)上，取得了桌面圖形和DirectFB在FT1000A上實(shí)