一种面向OpenGL API的图形处理器制造技术

一种面向OpenGL API的图形处理器是一款多功能、通用化、小型化的GPU芯片，内部集成硬件3D图形加速引擎，兼容OpenGL 3D图形处理API，提供构建3D图形的加速处理能力；本发明专利技术在片上实现了面向3D图形加速处理的存储子系统，包括像素Cache、存储控制与管理单元，以及高速双通道DDR2控制器。另外，图形处理器集成了显示控制模块，其中包括为实现叠加功能提供视频源的视频输入模块(VIP)，以及两路独立的显示控制器，提供数字显示输出接口。图形处理器还集成了符合PCI2.2标准的总线接口模块，GPIO单元和I2C总线接口，能够为提供PCI主机接口的计算机系统提供图形加速处理功能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种面向OpenGL API的图形处理器是一款多功能、通用化、小型化的GPU芯片，内部集成硬件3D图形加速引擎，兼容OpenGL 3D图形处理API，提供构建3D图形的加速处理能力；本专利技术在片上实现了面向3D图形加速处理的存储子系统，包括像素Cache、存储控制与管理单元，以及高速双通道DDR2控制器。另外，图形处理器集成了显示控制模块，其中包括为实现叠加功能提供视频源的视频输入模块(VIP)，以及两路独立的显示控制器，提供数字显示输出接口。图形处理器还集成了符合PCI2.2标准的总线接口模块，GPIO单元和I2C总线接口，能够为提供PCI主机接口的计算机系统提供图形加速处理功能。【专利说明】 一种面向OpenGL API的图形处理器
本专利技术涉及计算机硬件
，尤其涉及一种面向OpenGL API的图形处理器。
技术介绍
随着图形化应用的不断增加，早期单靠CPU进行图形绘制的解决方案已经难以满足成绩和技术增长的图形处理需求，图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)应运而生。从1999年Nvidia发布第一款GPU产品至今，GPU技术的发展主要经历了固定功能流水线阶段、分离染色器架构阶段、统一染色器架构阶段，其图形处理能力不断提升，应用领域也从最初的图形绘制逐步扩展到通用计算领域。GPU流水线高速、并行的特征和灵活的可编程能力，为图形处理和通用并行计算提供了良好的运行平台。 目前，我国GPU研制能力薄弱，各领域显示控制系统中大量采用国外进口的商用GPU芯片。尤其是在军用领域中，国外进口商用GPU芯片存在安全性、可靠性、保障性等方面的隐患，无法满足军用环境的需求；而且，出于政治、军事、经济等原因，国外对我国实行技术“封锁”和产品“垄断”，难以获得GPU芯片的底层技术资料，如寄存器资料、详细内部微架构、核心软件源码等，导致GPU功能、性能无法充分发挥，且移植性较差；上述问题严重制约了我国显示系统的独立研制和自主发展，突破图形处理器关键技术、研制图形处理器芯片迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向OpenGL API的图形处理器，从而能够实现对基于OpenGL API的图形处理加速。 本专利技术的技术解决方案是: 一种面向OpenGL API的图形处理器，其特殊之处在于:包括主机接口模块、3D引擎模块、存储控制与管理模块、显示控制模块； 所述主机接口模块与主机进行OpenGL图形命令和数据传输，其包括PCI总线接口、命令处理器、DMA控制器、通用输入输出模块、两路I2C总线控制器 所述PCI总线接口用于接收PCI主设备发送的OpenGL图形命令和数据； 所述命令处理器用于接收PCI总线接口 OpenGL图形命令和数据并对其进行解释和预处理，将预处理产生的图形处理命令发送给3D引擎模块；向DMA控制器发送启动命令； 所述DMA控制器用于根据来自命令处理器的启动命令，实现PCI主设备与GPU芯片内部其它模块的数据传输； 所述通用输入输出模块与PCI总线接口相连，实现与GPU芯片相连的外部设备的访问和控制； 所述两路I2C总线控制器与PCI总线接口相连，实现与GPU芯片相连的外部A/D芯片和D/A芯片的配置； 所述3D引擎模块根据接收到的图形处理命令进行3D图形处理并将处理结果发送给存储控制与管理模块；3D引擎模块包括十级功能流水线；所述十级功能流水线按照从前到后的顺序包括顶点染色器模块、图元装配模块、背面消隐模块、平面剪裁模块、投影变换模块、三维剪裁模块、齐次坐标变换模块、视窗变换模块、像素染色器模块和片段处理模块； 所述片段处理模块包括Z-buffer Cache模块； 所述存储控制与管理模块用于显示存储器访问控制，其包括两路独立的第一访存仲裁与存储保护单元I和第二访存仲裁与存储保护单元2、独立的第一 DDR2控制器I和第二 DDR2控制器2、像素Cache模块； 所述第一访存仲裁与存储保护单元I负责3D引擎模块在图形处理过程中需要存取的图形命令和图像数据的传输，同时将最终处理结果通过像素Cache模块发送到对应的第一 DDR2控制器I中； 所述第二访存仲裁与存储保护单元2负责接收来自显示控制模块的外部图像数据，并发送给对应的第二 DDR2控制器2 ； 第一 DDR2控制器连接在第一访问仲裁与存储保护单元和第一外部DDR2存储器芯片之间，用于实现第一访问仲裁与存储保护单元对第一外部DDR2存储器芯片的访问和控制; 第二 DDR2控制器连接在第二访问仲裁与存储保护单元和第二外部DDR2存储器芯片之间，用于实现第二访问仲裁与存储保护单元对第二外部DDR2存储器芯片的访问和控制; 所述像素Cache模块用来缓冲来自3D引擎模块的最终处理结果的颜色数据，为3D引擎模块的颜色缓冲区访问提供颜色数据，所述Z-buffer Cache模块用来缓冲3D引擎模块的最终处理结果的深度数据，为3D引擎模块的深度测试操作提供深度数据； 所述显示控制模块包括数字视频输入接口、至少一个显示控制单元和图像数据控制单元， 所述数字视频输入接口用于接收两路外部视频信号，并将该两路视频信号发送给第二访存仲裁与存储保护单元2 ; 所述图像数据控制单元用于从第一访存仲裁与存储保护单元I和第二访存仲裁与存储保护单元2读取图像数据，根据用户配置分发给对应的显示控制单元； 根据用户配置显示控制单元对来自图像数据控制单元的图像数据进行处理，并将处理结果输出外部显示设备； 所述3D引擎模块的顶点染色器模块和片段处理模块分别与主机接口模块中的命令处理器相连，所述3D引擎模块的片段处理模块与存储控制与管理模块中的像素Cache模块相连； 所述存储控制与管理模块的两路访问仲裁与存储保护单元均与主机接口模块的命令处理器和DMA控制器相连。 上述顶点染色器模块按照从前到后的顺序包括接口和任务分配器、顶点染色器、参数存储与管理单元、第一 DDR2存储访问控制单元I ;所述第一 DDR2存储访问控制单元与第一访存仲裁与存储保护单元I相连。 上述像素染色器模块按照从前到后的顺序包括接口和任务分配器、多路平行的扫描转换和反走样单元、片元参数存储与管理单元、多路RISC处理器、第二 DDR2存储访问控制单元2 ;所述像素染色器模块还包括图像处理子集，所述图像处理子集分别与接口和任务分配器、片元参数存储与管理单元、第二 DDR2存储访问控制单元2相连，所述第二 DDR2存储访问控制单元2与第一访存仲裁与存储保护单元I相连。 上述图形处理器还包括用于实现芯片内部时钟和复位控制的时钟复位控制模块。 本专利技术的技术效果是: 1、本专利技术提供的图形处理器体系架构，内部集成专门3D图形处理引擎，提供快速3D图形构建能力，能够实现基于OpenGL API的图形处理加速，包括对各种图元绘制、纹理贴图功能的加速。另外，图形处理器体系架构具备可编程能力，3D引擎中集成的顶点染色器模块和像素染色器模块为可编程结构，内部集成RISC处理器，可以根据实际应用需要，通过对内嵌固件程序的重新编程实现对具体顶点染色和像素染色方式的改变，从而实现不同的图形渲染本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向OpenGL API的图形处理器，其特征在于：包括主机接口模块、3D引擎模块、存储控制与管理模块、显示控制模块；所述主机接口模块与主机进行OpenGL图形命令和数据传输，其包括PCI总线接口、命令处理器、DMA控制器、通用输入输出模块、两路I2C总线控制器所述PCI总线接口用于接收PCI主设备发送的OpenGL图形命令和数据；所述命令处理器用于接收PCI总线接口OpenGL图形命令和数据并对其进行解释和预处理，将预处理产生的图形处理命令发送给3D引擎模块；向DMA控制器发送启动命令；所述DMA控制器用于根据来自命令处理器的启动命令，实现PCI主设备与GPU芯片内部其它模块的数据传输；所述通用输入输出模块与PCI总线接口相连，实现与GPU芯片相连的外部设备的访问和控制；所述两路I2C总线控制器与PCI总线接口相连，实现与GPU芯片相连的外部A/D芯片和D/A芯片的配置；所述3D引擎模块根据接收到的图形处理命令进行3D图形处理并将处理结果发送给存储控制与管理模块；3D引擎模块包括十级功能流水线；所述十级功能流水线按照从前到后的顺序包括顶点染色器模块、图元装配模块、背面消隐模块、平面剪裁模块、投影变换模块、三维剪裁模块、齐次坐标变换模块、视窗变换模块、像素染色器模块和片段处理模块；所述片段处理模块包括Z‑buffer Cache模块；所述存储控制与管理模块用于显示存储器访问控制，其包括两路独立的第一访存仲裁与存储保护单元和第二访存仲裁与存储保护单元、独立的第一DDR2控制器和第二DDR2控制器、像素Cache模块；所述第一访存仲裁与存储保护单元负责3D引擎模块在图形处理过程中需要存取的图形命令和图像数据的传输，同时将最终处理结果通过像素Cache模块发送到对应的第一DDR2控制器中；所述第二访存仲裁与存储保护单元负责接收来自显示控制模块的外部图像数据，并发送给对应的第二DDR2控制器；第一DDR2控制器连接在第一访问仲裁与存储保护单元和第一外部DDR2存储器芯片之间，用于实现第一访问仲裁与存储保护单元对第一外部DDR2存储器芯片的访问和控制；第二DDR2控制器连接在第二访问仲裁与存储保护单元和第二外部DDR2存储器芯片之间，用于实现第二访问仲裁与存储保护单元对第二外部DDR2存储器芯片的访问和控制；所述像素Cache模块用来缓冲来自3D引擎模块的最终处理结果的颜色数据，为3D引擎模块的颜色缓冲区访问提供颜色数据，所述Z‑buffer Cache模块用来缓冲3D引擎模块的最终处理结果的深度数据，为3D引擎模块的深度测试操作提供深度数据；所述显示控制模块包括数字视频输入接口、至少一个显示控制单元和图像数据控制单元，所述数字视频输入接口用于接收两路外部视频信号，并将该两路视频信号发送给第二访存仲裁与存储保护单元；所述图像数据控制单元用于从第一访存仲裁与存储保护单元和第二访存仲裁与存储保护单元读取图像数据，根据用户配置分发给对应的显示控制单元；根据用户配置显示控制单元对来自图像数据控制单元的图像数据进行处理，并将处理结果输出外部显示设备；所述3D引擎模块的顶点染色器模块和片段处理模块分别与主机接口模块中的命令处理器相连，所述3D引擎模块的片段处理模块与存储控制与管理模块中的像素Cache模块相连；所述存储控制与管理模块的两路访问仲裁与存储保护单元均与主机接口模块的命令处理器和DMA控制器相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田泽，张骏，许宏杰，黎小玉，颜哲，马城城，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司第六三一研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61