使用OCP总线接口的3D图形硬件IP

1、使用ocp总线接口的3d图形硬件ip系统中的图形处理技术(如用户界面和嬉戏)正在不断进展和充实，例如从基于2d的交互图形进展到基于3d的交互图形。便携式嬉戏站(psp)这样的便携式设备就实现了playstation 2类3d图形质量。而在pc图形方面，可以让开发人员在顶点和片段层级配置功能的可编程着色计划已经成为directx和operngl api基础架构的主要计划，这类硬件在像xbox360和playstation 3这样的嬉戏设备上已经形成了十分丰盛的内容和阅历。然而嵌入式系统中的图形处理存在着无数问题和挑战需要开发人员去解决，例如为了保持长电池寿命所需的低功耗，由于空间约束要使系统的器

2、件数量最少，以及限制门的数量以降低成本。khronos group公司正在定义针对嵌入式领域的各种媒体api，目前已经发布了一种图形api，即opengl es。该opengl es共有1.x和2.x两个版本，分离针对固定图形管线和可编程图形管线，这种办法与pc图形中用的办法是一样的。dmp图形内核概述dmp为嵌入式领域中的便携式设备、移动电话、汽车导航系统、消遣嬉戏机和全部其它嵌入式图形设备提供了可扩展的高性能、低功耗3d图形内核。a200是最新的3d图形ip内核，涵盖了前面提到的全部应用领域。该内核由多个组件组成，包括opengl es标准功能以及我们自己最初的图形技术。这些组件是按照用户

3、要求以及带有定制要素(如性能、存储器带宽和功耗)的目标系统构建的。在挑选ip接口计划时，很难设定在这么宽的应用范围下用户的详细要求。在采纳开放内核协议(ocp)作为我们组件的标准接口方面dmp向来做得十分胜利。maestro技术通过采纳opengl es 1.1和我们自己的、被称为maestro的扩展图形api，图形内核已经取得了很好的高性能低功耗效果。这些maestro功能包括了各种目标应用中频繁用法和有用的图形功能，包括各种光照和明暗处理模型，例如phong、cook-torrance和brdf、阴影效应、多边形细分以及过程纹理。1：maestro功能、光照、阴影和微粒效果maestro功

4、能利用我们改进的最初算法以硬连线规律形式实现，从而解决了嵌入式系统设计中低功耗与高性能的冲突。maestro功能可以实现十分丰盛的内容，比如pc和便携式设备上的控制台图形(图1)。maestro功能包括以下一些效果：1. 光照maestro-包括根据每个片断的高性能光照功能，并支持各种明暗处理模型，如phong、同向/异向 brd以及下表面散射；2. 阴影maestro-支持实时的硬阴影和软阴影处理；3. 外形maestro-通过用硬件(例如nurbs和多边形细分)产生精细的多边形来削减存储器带宽，因此可以使输入数据量实现最小化；4. 映像maestro-支持高低映像和过程纹理，并且过程纹理不

5、需要任何存储器读取来生成纹理图像，由于图像是按照算术等式产生的；5. 微粒maestro-用硬件产生雾化、云和蔼体效果。图1：由futuremark和dmp合作开发的pica200演示场景。图2：只用法opengl es的渲染结果(左边)以及用opengl es 和我们的maestro api后的渲染结果(右边)图3：利用我们的阴影maestro api实现的实时软阴影渲染。图4：用法外形maestro的多边形细分实例。左边的图形显示了来自主cpu的输入控制多边形，右边的图形显示了我们的图形硬件实时产生的多边形。图5：映像maestro实例(左边：针对每个片段光照的高低映像，右边：利用没有任何

6、纹理存储器拜访的过程纹理硬件实现的木纹图案)。图6：微粒 maestro可以产生雾化、云和蔼体效果。在我们的渲染算法中，清楚和含糊对象的组合没有任何的瑕疵。2：硬件框图这些maestro技术通过算法优化以及多个讨论机构的长久讨论得以实现。目前我们正在向嵌入式系统引入pc级的图形和阅历。硬件框图下面是图形内核的框图。在图7中的全部红色箭头都指向了采纳ocp的存储器总线接口。图7：pica200框图。在开发pica200内核的过程中解决了以下一些挑战：1)为了涵盖全部嵌入式系统，ip内核必需支持各种运行光谱的设备，包括从带微型显示屏的移动电话到带很大的消遣设备。2)3d图形硬件需要极大的带宽用于指

7、令、纹理、颜色和z缓冲器读/写拜访，而这种带宽将确定3d ip内核的性能，并且3)ip内核应能很简单地集成到系统环境中。为解决全部这些问题，我们打算采纳ocp作为我们构建模块计划的标准接口基础架构。结果是，我们可以提供下面的选项来满足用户的需求(表1)。以移动电话系统为例，要求支持opengl es功能和vga显示器尺寸，功耗应当最小，因此在这种状况下，顶点处理器和纹理管线的数量需要分离优化为两个(固然这里的数量仅仅是一个例子)。maestro功能的实现并不仅仅支持open es,由于在大量的蜂窝电话中不需要非标准的功能。纹理缓存参数也可以针对soc总线特性举行优化，由于实际上这些参数是由oc

8、p标准自动提供的。在像消遣嬉戏机这样的应用中，全部maestro功能都需要组件来支持更高质量和吸引人的内容以及高性能和大显示器尺寸。我们还采纳了利用ocp线程协议的预取机制。这对于避开渲染管线的停顿以保持很高的渲染性能来说是很重要的。表2给出了在该图形内核中线程id分配的实例，在这个例子中，内核共有四个纹理模块。ocp2.2支持标示哪个线程允许失序响应，但是这个特别dmp内核并不支持失序处理，由于对颜色和深度缓冲器的拜访需要用法基于读-修改-写锁定的拜访，对其它的拜访没有针对失序拜访支持的规律和fifo，以便生成小型ip内核及支持上述各种应用。为了在没有标示功能条件下获得较好的存储器拜访性能，

9、这种图形内核针对基于模块化的光栅化处理举行了优化，全部从三角函数产生的象素都要通过4x4这样的矩形块处理，以便通过长突发长度拜访和数据拜访跟上对齐地址而充分利用存储器拜访，并为纹理和颜色缓冲器获得较高的缓存利用率。3：ocp益处用法ocp的最大益处是广泛用法的行业标准是开放的，任何人都能得到。此外，大多数主要的soc销售商利用和支持ocp。这样一来，我们可以按照协议在我们的接口和缓存中定义某些参数，以优化我们的用户总线拜访接口和系统参数，就像表1中的最后一行，这为ip提供商和soc供给商同时提供了一种高层次的构建模块概念。本文小结这种内核最早是在siggraph 2006上发布的(图8)，目前pica200构建内核已经能够供货。图8：在siggraph 2006上的原型展示。我们多年来向来在为嵌入式应用开发3d图形技术，