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嵌入式图形处理器设计

作　者: 阙恒
导　师: 吴宁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电路与系统
关键词: 图形处理器 图形管线 计算机图形 OpenGL ES SystemC
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 441次
引　用: 3次
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内容摘要


随着嵌入式系统对计算机绘图能力要求的不断提高,完全依靠单一CPU绘制复杂的三维图形很难达到交互性的实时要求。因此,在嵌入式系统中加入一块专用的图形处理器GPU芯片来提高图形的绘制速度,将CPU从繁重的图形计算任务中解放出来的需求变得越来越迫切。在这种趋势下,研究和设计适合嵌入式系统使用的图形处理器具有重要意义。论文首先回顾了图形处理器的发展历史,分析了图形系统的构成。典型的图形系统由图形API、GPU的驱动程序以及硬件三部分组成。论文采用OpenGL作为系统的图形API,从中选取23条常用命令,设计了它们的渲染列表,以此作为嵌入式GPU的设计规约。在此基础上,定义并实现了与所选命令对应的GPU驱动程序,从而将图形API翻译为GPU能够执行的渲染列表。论文重点研究了GPU的核心内容——图形管线的组成和关键算法,根据图形管线的组成设计了GPU的体系结构,并使用SystemC在事务级实现了GPU的概念模型,该模型完成了图形处理任务里的几何阶段和光栅阶段。通过对GPU概念模型的细化,可以得到寄存器传输级的GPU IP软核。GPU概念模型的建立和调试工作在Visual C++6.0集成开发环境下完成,经验证,该模型能够执行所实现的OpenGL API,正确完成三维空间中物体的平移和旋转变换、光照计算、剔除与剪切、投影以及光栅化等工作。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 图形处理器发展的历史及现状  11-13
  1.2 研究嵌入式图形处理器的意义  13-15
  1.3 课题的任务  15-17
第二章 嵌入式图形系统  17-36
  2.1 图形系统的组成  17
  2.2 图形应用程序接口  17-28
    2.2.1 OpenGL/OpenGL ES 简介  18-19
    2.2.2 OpenGL 在图形系统中的作用  19-20
    2.2.3 OpenGL API 子集的选取与渲染列表的设计  20-28
  2.3 GPU 驱动程序  28-30
  2.4 图形系统的硬件  30-36
    2.4.1 商用嵌入式图形系统的硬件  30-32
    2.4.2 本课题图形系统的硬件  32-36
第三章 图形处理器的体系结构  36-44
  3.1 图形管线  36-38
  3.2 GPU 的SYSTEMC 事务级模型  38-44
    3.2.1 SystemC 和事务级模型简介  39-41
    3.2.2 图形处理器的事务级模型  41-44
第四章 图形处理器几何阶段的设计与实现  44-85
  4.1 CPU 模型  44-46
  4.2 FIFO 通道  46-49
  4.3 几何变换引擎  49-56
    4.3.1 几何变换的原理  49-52
    4.3.2 几何变换引擎的设计与实现  52-56
  4.4 光照引擎  56-63
    4.4.1 光照计算的原理  56-59
    4.4.2 光照引擎的设计与实现  59-63
  4.5 图元装配引擎  63-66
    4.5.1 图元装配的原理  63-64
    4.5.2 图元装配引擎的设计与实现  64-66
  4.6 剔除和剪切引擎  66-75
    4.6.1 剔除和剪切的原理  66-70
    4.6.2 剔除和剪切引擎的设计与实现  70-75
  4.7 背面剔除引擎  75-78
    4.7.1 背面剔除的原理  75-76
    4.7.2 背面剔除引擎的设计与实现  76-78
  4.8 投影引擎  78-85
    4.8.1 投影的原理  78-81
    4.8.2 投影引擎的设计与实现  81-85
第五章 图形处理器光栅阶段的设计与实现  85-103
  5.1 光栅化引擎  85-94
    5.1.1 光栅化的原理  85-90
    5.1.2 光栅化引擎的设计与实现  90-94
  5.2 片段处理引擎  94-99
    5.2.1 片段处理的原理  94
    5.2.2 片段处理引擎的设计与实现  94-99
  5.3 功能验证与实验数据  99-103
结论  103-105
参考文献  105-107
致谢  107-108
在学期间的研究成果及发表的学术论文  108

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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