【技術開發(fā)單位】北京航空航天大學


【技術簡介】隨著嵌入式應用對圖形應用要求的不斷提高，完全依靠CPU繪制復雜的三維圖形很難達到實時交互的要求。因此需要使用專用的圖形處理芯片來提高圖形的繪制速度。隨著SoC技術的發(fā)展，片上系統(tǒng)得到廣泛應用，具有開發(fā)周期短，便于移植與剪裁等特點，因此以軟IP核形式開發(fā)的三維圖形加速引擎能夠得到廣泛的應用。
電子產品一般都需要硬件和軟件的完美結合，圖形處理器中也需要一個IP核才能完成對圖形的處理。隨著可編程器件的快速發(fā)展，芯片的規(guī)模、密度、性能都有了巨大的變化，可編程邏輯器件已成為計算機應用、通信技術、自動控制技術、儀表儀器等領域廣受歡迎的器件，它也是科學實驗、樣機研制、小批量生產的最佳選擇。利用FPGA開發(fā)產品，可以幫助用戶在保證合理成本的前提下，提高了設計的效率，利用FPGA的可靈活升級性，用戶可以滿足快速多變的市場需求，使自己的產品不斷的推成出新緊跟業(yè)界的發(fā)展趨勢，做出有自己特色，自主知識產權的產品，始終保持產品的差異性和領先性。本技術采用FPGA平臺實現，開發(fā)具有對功能可擴展、可剪裁的IP核。本技術更具特色的是采用最先進的FPGA+ARM集成SoC片上系統(tǒng)ZYNQ-7000體系實現，實現軟硬件共同工作，從而能夠更方便的移植到不同體系的嵌入式應用產品中。本IP核能夠完成三維圖形的管線流程，并能夠兼容主要的OpenGL指令，從而方便應用程序直接操作IP核的圖形操作。
三維圖形在屏幕顯示，實際上是將一個離散模型放置在適當的空間位置。經過一系列管線操作，將圖形的坐標輸出，并保存到用戶空間的存儲區(qū)域等待顯示功能的調用。具體實現流程為：應用程序通過驅動程序將需要生成三維圖形的數據發(fā)送IP核，IP核經過幾何變換模塊、光照模塊、圖元裝配模塊、剔除剪切模塊、背面剔除模塊、投影模塊完成對圖形的幾何部分的處理，在經過光柵化模塊核片段處理模塊完成光柵部分的處理，從而生成了能夠在二維顯示器中顯示出來的三維圖形。


    【技術特點】如今的硬件圖形加速器一般包含多個頂點處理器以及多個像素處理器或者統(tǒng)一的處理器架構，可編程的架構使得用戶可以非常方便的改變繪制的方法，并且利用了對浮點數據的處理來提高色彩表達的精確度，從而渲染出非常逼真的效果，處理效率也明顯提升。
但是隨著嵌入式設備如手機、平板電腦等便攜產品的廣泛應用，需要專門的嵌入式圖形加速引擎，但是現在廣泛應用的圖形加速引擎多采用國外公司的現有芯片，國內在此領域的技術暫不能廣泛推廣，因此本IP核的突出特點有兩點，首先，基于FPGA實現的軟IP核方便移植和剪裁等二次開發(fā)，容易在不同領域中直接或間接應用；其次，采用AXI總線，適應最新的軟硬件通信模式，支持更大數據量的吞吐。


【技術指標】IP核開發(fā)基于Zynq 7000系列可擴展平臺，實現軟硬件協(xié)同工作系統(tǒng)，使用VHDL作為硬件描述語言，兼容OpenGL的主要指令，能夠實現對三維圖形生成管線的各項操作，如幾何變換、光照處理、背面剔除與剪切、投影、光柵操作等。
IP核數據通信遵循AXI總線標準，IP核通過AXI總線接收操作系統(tǒng)發(fā)送來的圖形生成指令，并能夠實時處理生成三維圖形。


【技術水平】國際先進


【可應用領域和范圍】電子通信、電子消費品、汽車電子、儀器儀表等。


【專利狀態(tài)】已申請專利2項


【技術狀態(tài)】樣品階段


【合作方式】合作開發(fā)


    【投入需求】100萬


【轉化周期】3年


【預期效益】本技術可以促進國內在圖形加速領域的發(fā)展，應用最先進的軟硬件協(xié)同工作的思想開發(fā)的IP核能夠更容易移植到時下流行的嵌入式操作系統(tǒng)體系和產品中，相較于國外的硬件圖形加速引擎，本IP核可以提供更低廉的價格，更廣泛的移植性，從而應用于更多的國產嵌入式設備中，在提高國民科技水平的基礎上創(chuàng)造可觀的經濟效益。
 
    【聯(lián)系方式】毛  峽  010-82339508/13401190474