嵌入式GPU中光柵化及深度預(yù)測試單元的研究與設(shè)計.pdf

1、圖形處理系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分,往往承擔(dān)著巨型的計算任務(wù)。隨著3D圖形渲染技術(shù)的不斷推廣,給嵌入式移動設(shè)備上的圖形處理單元(GPU)提出了更多更大的挑戰(zhàn)。嵌入式GPU主要由可編程的著色器(Shader)和固定的光柵處理系統(tǒng)組成,后者主要負(fù)責(zé)渲染基本圖元內(nèi)部涵蓋的有效像素點,而像素的渲染能力是衡量GPU最主要的性能指標(biāo)之一。針對嵌入式GPU,光柵系統(tǒng)的遍歷算法仍有可以提升的空間,有效的提高像素吞吐,降低系統(tǒng)功耗,是亟需研究和解決的

2、重要問題;另一方面,嵌入式GPU在像素繪制過程中需要頻繁地訪問外部存儲器資源,占用了極大的存儲帶寬,增加了系統(tǒng)功耗。因此如何對光柵系統(tǒng)的渲染時間、功耗和數(shù)據(jù)訪問帶寬等進(jìn)行優(yōu)化成為嵌入式GPU研究的重要方向。本文將針對上述問題,從光柵遍歷算法的改進(jìn)、硬件數(shù)據(jù)通路的優(yōu)化、原型系統(tǒng)的驗證、像素緩存的低帶寬結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面開展研究工作,以更好地適應(yīng)嵌入式GPU光柵系統(tǒng)的繪制要求。
　　首先,本文提出了一種面向移動平臺的3D圖形光柵的改進(jìn)算法

3、。在基于像素塊遍歷方式的中心線掃描算法的基礎(chǔ)上,從兩個方面做了改進(jìn):針對像素塊間的掃描,建立片元的預(yù)處理,避免對無關(guān)像素塊復(fù)雜的邏輯判斷;針對像素塊內(nèi)的掃描,預(yù)先對組成圖元的所有像素塊實施邊緣檢測,只對邊緣像素塊內(nèi)部進(jìn)行掃描判斷,有效的加快了掃描轉(zhuǎn)換的速度。
　　其次,本文提出了光柵繪制階段硬件流水線的設(shè)計結(jié)構(gòu)。算法的浮點實現(xiàn),使渲染的畫面精度更高;流水線的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其優(yōu)化,有效的加快了像素點的渲染速度。本文對光柵系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和

4、基于FPGA的原型系統(tǒng)搭建,驗證了本文所提出的光柵系統(tǒng)具有較高的速度和面積優(yōu)勢,從而有效提升了光柵系統(tǒng)的渲染效率。
　　最后,本文提出一種快速分層的深度預(yù)測試方法。從像素塊和像素點兩個單位層次,快速地預(yù)剔除了無需繪制的像素點,降低了渲染場景所需的時間。避免了諸如深度值、顏色值和紋理值的讀寫等針對像素點的繪制操作,節(jié)省了由此引起的訪問存儲帶寬。此外,合理的共享像素塊緩存(TileZcache)的設(shè)計,有效地提高了命中率,進(jìn)一步減小了