嵌入式二维图形硬件加速引擎研究与设计

【摘要】在航空、航海、武器装备、医疗仪器、测量设备、移动通信等多个领域的嵌入式系统中,图形显示大多以二维图形为主。显示系统对图形显示的分辨率、实时性、图形质量、画面真实感、系统功耗等都有较高的要求。因此研究实现一款面向嵌入式二维图形显示的功能齐全、性能卓越的硬件加速器具有十分重要的意义和价值。基于对现有嵌入式二维图形加速器的分析研究,课题开发了一款二维图形加速功能完善、性能良好的嵌入式二维图形硬件加速引擎。在课题设计实现过程中,所做的主要研究及创新性工作有：(1)回顾了图形加速技术和图形处理器的发展历史；分析了嵌入式图形加速技术的国内外发展现状；阐述了课题研究的意义。(2)定义了一款嵌入式二维图形硬件加速引擎的总体结构,并根据系统功能进行模块划分。(3)采用“自顶向下”的方法完成系统整体设计。内部模块采用流水线设计以加快系统工作速度。深入研究了二维图形处理算法,选取或提出合适的算法实现相应的功能。改进了椭圆中点算法,将原算法中的浮点数处理转为整数处理以便与硬件实现；将算法的像素点输出改进为水平线段输出以提高输出效率。二维图形的处理都采用水平线段填充的思想以提高数据处理效率。(4)在加速引擎中引入了专用图形数据Cache作为引擎与DDR2存储器的数据交互通道,避免引擎对存储器进行频繁而琐碎的访问,可以有效地提高数据访问效率和系统工作速度。(5)完成了硬件设计的功能仿真、FPGA验证及性能评估。仿真和验证结果表明,该嵌入式二维图形硬件加速引擎的工作时钟可以达到100MHz以上；能够快速有效地完成各种预期功能,性能优良；平均绘图速度为软件绘图的16至20倍,显著地提高了嵌入式图形显示系统的速度。
【作者】谢周标；
【导师】万青；
【作者基本信息】湖南大学，电子科学与技术，2013，硕士
【关键词】二维图形处理；硬件加速；椭圆；BitBLT操作；Cache；

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