[发明专利]指令摺叠机制及其方法以及使用该摺叠机制及该方法之像素处理系统

说明书

【技术领域】

本发明关于一种摺叠处理单元及其方法，以及执行该摺叠处理单元及该方法的像素处理系统，特别是有关于一种用于图形处理器(GraphicProcessor Unit，GPU)的指令摺叠处理单元(Instruction Folding Mechanism)及指令摺叠方法，以及使用该摺叠处理单元及该摺叠方法的像素处理系统。

【背景技术】

图1为现有的图形处理器的管线(Pipeline)架构方框图。图形处理器100主要包含三角设定单元102、像素处理单元104以及深度处理单元106，像素处理单元104包括像素着色器108以及连接于像素着色器108的材质单元(Texture Unit)110与色彩内插器(Color Interpolator)112。

将三维对象的表面分割成若干个三角形，该些三角形以几何关联性排列且具有任意的尺寸。每个三角形包含三个顶点，并且将这些顶点数据传送至三角设定单元102，三角设定单元102将像素的参数输出至像素处理单元104，其中参数像素在三角形的位置以及对应于三角形顶点的材质坐标。依据像素的位置以及顶点的材质坐标，利用材质单元110内插所有像素的材质坐标，然后将内插形成的材质坐标输入至像素着色器108，并且在像素着色器108中进行处理。接着像素着色器108执行加载指令，并且回传已处理完成的材质坐标给材质单元110。根据未处理的材质坐标以及已处理的材质坐标，材质单元110对像素在材质图中的材质颜色进行取样，并且将材质颜色输出至像素着色器108。同时依据像素的位置以及顶点的材质坐标，色彩内插器112对所有像素的顶点颜色作内插运算，并且将这些顶点颜色输出至像素着色器108。像素着色器108处理材质颜色以及像素的顶点颜色，并且将色彩值以及深度值输出至深度处理单元106，以形成所显示的像素颜色。然后画出最后的颜色，以形成整个画面(Frame)。

图2为习知的图形处理器以像素着色器执行一范例程序的方框图。像素着色器108使用五种缓存器，主要包含：用来储存暂时性数据的一般缓存器(r_n)、材质坐标缓存器(t_n)、材质编号缓存器(s_n)、顶点混色缓存器(v_n)以及输出缓存器(_oc_n)，并且将最后转换完成的像素颜色传送至深度处理单元106。

像素着色器108的处理流程主要包括四个阶段：坐标计算阶段、材质加载阶段、混色阶段以及发出阶段。首先将来自材质单元110的像素内插材质坐标储存于材质坐标缓存器(t_n)。在坐标计算阶段，将来自材质单元110的像素的内插材质坐标利用材质坐标缓存器(t_n)以及一般缓存器(r_n)进行算术运算，然后将运算的结果(亦即处理之后的材质坐标)储存于一般缓存器(r_n)内。在材质处理阶段，根据材质坐标缓存器(t_n)以及一般缓存器(r_n)内的材质坐标，利用像素着色器108来执行材质加载指令，使材质单元110从材质编号缓存器(s_n)指定的材质图中取样出材质颜色，再将取样完成的材质颜色传回一般缓存器(r_n)。在混色阶段，利用像素着色器108将储存在缓存器(r_n)的材质颜色以及来自色彩内插器112的顶点颜色作混色运算，并且将混色运算的结果储存于顶点混色缓存器(v_n)中。最后在发出阶段，像素着色器108将色彩值以及深度值输出至深度处理单元106。应注意的是，坐标计算阶段、材质处理阶段以及混色阶段可重复进行。

每个缓存器系由四个具有浮点数据格式的字段(Components)所组成，例如(x，y，z，w)或是(r，g，b，a)，此四种字段(x，y，z，w)称为四元向量(Four-wide Vectors)。在坐标计算以及材质处理阶段，此四种字段用来表示三维空间的坐标或者是表示不同的材质格式的坐标。在混色阶段以及发出阶段，四种字段(r，g，b，a)分别代表红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色以及透明度(Transparency)。这些字段配置给指令来源缓存器以及目标缓存器，而且可读取各个字段内的值或是将值写入至字段中，举例来说，“r0.w”表示指令读取”r0”缓存器的”w”字段的数据，或是表示将数据写入至“w”字段内。