嵌入式GPU高剔除率裁剪单元与全系统仿真平台的研究

发布时间：2017-07-04 12:04

  本文关键词：嵌入式GPU高剔除率裁剪单元与全系统仿真平台的研究

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【摘要】：近年来，随着嵌入式设备特别是智能手机的高速发展，人们对于嵌入式设备上的图形显示品质和分辨率要求越来越高，单单依靠嵌入式CPU已经很难满足图形绘制的要求，因此嵌入式图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，越来越得到人们的关注，面向嵌入式移动终端的专用3D图形处理单元的研究已成为各大厂商和研究机构的研究热点。嵌入式GPU在功能上与面向桌面应用的传统GPU并无区别，但是介于嵌入式系统在面积和功耗上的严格约束，嵌入式GPU中可编程着色器核心数量极为有限，这就要求嵌入式GPU在图形渲染时，最大程度地减少对场景外的三角形的处理，减轻着色器的计算量，提高整体的性能。另一方面，随着嵌入式GPU体系结构中可集成的功能部件规模日益庞大，对未来嵌入式GPU硬件结构的设计带来了极大的风险，导致嵌入式GPU在硬件微结构设计、系统软件开发和软硬件协同验证等阶段的设计时间不断延长。本文针对上述问题，从嵌入式GPU的裁剪单元和全系统仿真平台方面展开研究工作，为嵌入式GPU的研究和设计提供理论和技术基础。 首先，本文提出了一种高剔除率的嵌入式GPU裁剪单元来剔除场景外的三角形，以减少后续单元的计算量。裁剪是图形流水线的一部分，主要目的是剔除场景外的三角形，，减少光栅化以及后面步骤的计算量。本文将裁剪分为两个阶段：预裁剪阶段和裁剪阶段，在预裁剪阶段，提出了编码方法和斜率判定相结合的方法，使得预裁剪阶段的剔除率提高了10%以上，在裁剪阶段，利用双裁剪面同时裁剪，将原来裁剪的过程减少了一半。 其次，本文基于QEMU虚拟机和SystemC硬件建模技术提出了嵌入式GPU全系统仿真平台，使得嵌入式GPU及SoC系统设计开发早期便能提供一套具有高抽象层次的完整软硬件协同设计与验证环境，在设计的早期即可针对嵌入式GPU图形系统进行功能性验证和架构的设计空间探测，通过软硬件协同平台降低设计风险，减少设计成本，提高设计效率。
【关键词】：嵌入式GPU裁剪 剔除率 仿真平台
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 本文主要工作和贡献9-10
• 1.3 本文组织结构10-11
• 第二章 国内外研究现状11-16
• 2.1 传统裁剪算法和嵌入式GPU裁剪单元研究现状11-14
• 2.1.1 Cohen-Sutherland裁剪算法11-12
• 2.1.2 Liang-Barsky裁剪算法12-13
• 2.1.3 Sutherland-Hodgeman裁剪算法13-14
• 2.1.4 嵌入式GPU裁剪单元研究现状14
• 2.2 仿真平台的研究现状14-16
• 第三章 嵌入式GPU高剔除率的裁剪算法设计16-29
• 3.1 裁剪算法16
• 3.2 预裁剪算法16-27
• 3.2.1 编码方法17-20
• 3.2.2 斜率判定方法20-27
• 3.3 裁剪求交算法27-28
• 3.4 总结28-29
• 第四章 嵌入式GPU高剔除率裁剪单元硬件设计29-34
• 4.1 寄存器组和编码单元29-30
• 4.2 共用运算单元30
• 4.3 预裁剪单元30-32
• 4.4 SH裁剪单元32
• 4.5 硬件实现结果32-33
• 4.6 本章总结33-34
• 第五章 嵌入式GPU仿真平台研究34-49
• 5.1 SoC混合仿真平台34-37
• 5.1.1 QEMU指令集仿真器34-35
• 5.1.2 SystemC事务级仿真模型35-36
• 5.1.3 QEMU-SystemC Wrapper36-37
• 5.1.4 SoC混合仿真平台架构37
• 5.2 嵌入式GPU体系结构建模37-46
• 5.2.1 嵌入式GPU微结构37-38
• 5.2.2 统一着色器构建38-40
• 5.2.3 顶点拾取单元40-41
• 5.2.4 数据缓冲区41-42
• 5.2.5 光栅单元42-46
• 5.2.6 其他模块46
• 5.3 嵌入式GPU仿真平台软-硬件协同仿真46-47
• 5.4 总结47-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 6.1 总结49
• 6.2 展望49-51
• 参考文献51-54
• 发表论文和参加科研情况说明54-55
• 致谢55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 韩俊刚;蒋林;杜慧敏;曹小鹏;董梁;孟李林;赵全良;殷诚信;张军;;一种图形加速器和着色器的体系结构[J];计算机辅助设计与图形学学报;2010年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 魏继增;可配置可扩展处理器关键问题研究[D];天津大学;2010年

本文编号：517675