[发明专利]3D图形处理的图元装配硬件加速器

说明书

本发明公开了一种3D图形处理的图元装配硬件加速器，它涉及计算图形学和计算机结构设计领域。本发明可处理10种图元类型（POINTS、LINES、LINE_STRIP、LINE_LOOP、TRIANGLES、TRIANGLE_STRIP、TRIANGLE_FAN、QUADS、QUAD_STRIP、POLYGON），一批次最多处理256个顶点（一个顶点最多包含32个属性）的结构，由于顶点数据量过大，硬件实现采用将从前一级接收的顶点数据全部通过DDR控制器存放至DDR中，装配完成待输出时，再通过缓存CACHE从DDR读取。采用该方法，硬件实现简单，并减少片上存储的使用量。最终基于上述技术获得了一种在兼顾性能的情况下结构紧凑的低功耗设计，在3D图形处理器管线中非性能瓶颈节点任务的功耗降低中可以发挥出相当有价值的作用。

技术领域

本发明涉及的是计算图形学和计算机结构设计领域，具体涉及一种3D图形处理的图元装配硬件加速器。

背景技术

3D图形处理是当前非常重要的领域，图形处理器GPU与计算机CPU同属主流计算芯片。3D图形处理中有许多模块的计算量都很大，用通用处理器来实现则速度较慢且功耗很高。因此，这类模块需要专用加速器来完成。其中，图元装配可以用硬件加速器来实现，既加快了速度，又降低了功耗。

周高财在2017年发表于《微电子学与计算机》上的图元装配的硬件实现与验证，他采用对顶点索引预装配的方式，首先根据图元类型、顶点个数对顶点索引按照与openGL相兼容的装配规则进行预装配，并将装配好的顶点索引存放在片上存储上；他将染色后需要装配的顶点数据存放在片上存储上。如果一批顶点的最大数目较小，且一个顶点的属性数据较小，采用该方法，完全可以。但是如果一批顶点的数目较大，且属性个数较多，例如，本人所申请图元装配的专利所适用的GPU，一批顶点的最大个数为2^32，且一个顶点的最大属性个数为32，在这种情况下，索引存储以及数据存储的大小过大，导致该加速单元的面积过大，同时功耗也是无法承受的。

综上所述，本发明设计了一种3D图形处理的图元装配硬件加速器。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种3D图形处理的图元装配硬件加速器，硬件实现简单，并减少了片上存储的使用量。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：3D图形处理的图元装配硬件加速器，采用图元装配模块PA，图元装配模块PA包括配置模块、顶点数据输入模块、排序模块、控制模块、预取模块和输出模块，所述的配置模块接收GPU中顶点调度模块VDPR/命令解析模块FEP发送过来的配置信息，解析出图元类型、顶点编号的起始值、顶点编号的数目、顶点编号的批次状态(每处理完一批顶点更新一次)以及顶点存入DDR的基址，将有用信息传递给相应模块。

所述的顶点数据输入模块PA接收来自CCU的顶点数据，通过DDR控制器全部存放至DDR中，同时将整批次中的0号索引的数据存放在片上存储DMEM中，这一做法为了避免处理triangle_fan/polygon图元类型时，持续访问DDR的问题。另外从顶点数据携带的包头中，解析出有用的索引号和属性状态表。索引号用来计算该顶点数据在DDR中的存放基址；属性状态表用来告诉后续模块来自CCU的顶点数据具体包含哪些属性，以完成顶点数据下发的剪裁模块时地址的匹配。

所述的排序模块根据图元类型决定下发给下一模块的索引值，当对应索引值的顶点数据已存入PA时，将顶点数据的索引值发送给控制模块。

所述的控制模块根据索引组装模块的顶点索引计算出顶点数据在DDR/片上存储中的基址，将该地址发送给预取模块。

所述的预取模块根据控制模块发送的地址取出相应的顶点数据发送给输出模块。

所述的输出模块按照相应的格式输出顶点数据。