面向輕量級應用的三維圖形加速模塊設計.pdf

1、三維圖形的繪制具有計算密集和數(shù)據(jù)密集的特點，光靠CPU無法滿足實時性的要求，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的性能，但電路面積大、功耗高，不適用于一些輕量級設備。這些設備只需要基本的三維圖形繪制能力，用于實現(xiàn)三維用戶界面等。本文設計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，適用于輕量級設備中三維圖形的繪制。
　　本文所設計的三維圖形加速模塊在功能和性能滿足輕量級應用需求的同時，具有高

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

3、數(shù)和浮點運算指令的運算流水線，能夠以較低的代價和較高的效率實現(xiàn)各種復雜的逐像素算法，例如實現(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，具有電路結構簡單和計算結果準確的特點，能夠以較低的代價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，對所設計的三維圖形加速模塊進行了驗證。結果表明，三維圖形加速模塊能夠正確繪制三維圖形，工作頻率為2