一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器制造技术

本发明专利技术公开的属于GPU芯片设计技术领域，具体为一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器，其包括：地址计算单元根据不同的纹理地址请求计算得到访问texel cache的地址；texel cache单元根据不同的请求地址从memory中得到对应的cache line的纹素；数据计算单元根据不同的isotropic和anisotropic滤波方式的filter处理以及针对border_color和swizzle操作的pixel处理，双Buffer可以提高纹理索引地址的计算效率，当同时存在两层数据需要计算时，可以同时平行开始计算。当使能一层数据需要计算时，将采用奇偶式并行地索引纹素以保证数据并行计算，从而缩短了纹素数据的索引时间，并且提高了纹素计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器
本专利技术涉及GPU芯片设计
，具体为一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器。
技术介绍
纹理贴图操作在GPU的应用非常广泛，不仅可以作为GPGPU通用计算领域内的计算单元，同时作为图形渲染管线对纹理数据fetch、sample的执行者。所以纹理贴图单元性能的好坏直接影响了图形处理器内部执行效率，在通用计算领域直接影响了数据lookup、transfer的快慢，所以设计高效的纹理贴图单元在GPU设计中尤为关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器，以解决上述
技术介绍
中提出的图形处理器内部执行效率差，在通用计算领域直接影响了数据Lookup、transfer的快慢的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器，包括：ImageU0单元:对image基本信息进行存储，当使能mipmap纹理时，通过target以及不同map层作为地址，存储对应image的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type、base；当使能layer层时，通过target以及不同的layer层作为地址，存储对应层的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type、base值，当使能cubemap时，将mipmap层的一个地址进行细分为6个，分别代表0,1,2,3,4,5不同的face信息，当使能layer层没有map层信息时，不同layer层的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type相同，base不同；当使能layer并使能map层时的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type相同，base不同；支持1D、2D、3D、rectangle、cubemap、1D_ARRAY、2D_ARRAY、cubemap_array、2D_multisample、2D_multisample、2D_multisample_array模式下的寄存器配置；LODU1单元:完成对不同滤波模式下的level值计算，结合访问target地址得到访问image单元的地址；在计算level值之前，首先需要通过target和base_level值为level0读取image单元，获得image的基本信息作为后续level计算时的参考，然后level值的计算考虑两种情况：当使能lod时，如果image为layer模式，此时，不同层的width、height信息相等，无论滤波模式为mag_filter还是min_filter，都取整取最靠近base_level方向的一个level值为level0读取image信息的offset，而filter_type大小与请求的滤波大小相匹配；当使能lod时，如果image为mipmap模式，此时，不同层的width、height、depth不相等，考虑mag_filter在near和linear模式下取整取最靠近base_level值读取image信息的offset，考虑min_filter模式下near、linear、near_mipmap_near、linear_mipmap_near取最不靠近base_level值为level0读取image的offset，而filter_type分别和请求的滤波模式相匹配，考虑min_filter在near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear模式下取整取临近的两层作为读取image信息的offset，ratio_l为lod值减去level值的小数部分，此时称为lod的整数部分为level0，level0加1为level1，如果lod值为min_lod，此时level0与level1相同，所以取fiter_type分别为near_mipmap_near和linear_mipmap_near滤波；同理，当使能偏导数作为lod时，按照raster传递过来的图元类型primitive、dux、duy、dvx、dvy、dwx、dwy、delt_x、delt_y，分为polygon/point和line两种情况，分别计算得到polygon/point和line的lod，如果image为layer模式，此时，不同层的width、height信息相等，无论滤波模式为mag_filter还是min_filter，都取整取最靠近base_level方向的一个level值为level0读取image信息的offset，而filter_type大小与请求的滤波大小相匹配；如果image为mipmap模式，此时，不同层的width、height、depth不相等，考虑mag_filter在near和linear模式下取整取最靠近base_level值读取image信息的offset，考虑min_filter模式下near、linear、near_mipmap_near、linear_mipmap_near取最不靠近base_level值为level0读取image的offset，而filter_type分别和请求的滤波模式相匹配，考虑min_filter在near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear模式下取整取临近的两层作为读取image信息的offset，ratio_l为lod值减去level值的小数部分，此时称为lod的整数部分为level0，level0加1为level1，如果lod值为min_lod，此时level0与level1相同，所以取fiter_type分别为near_mipmap_near和linear_mipmap_near滤波。如果使能了level0和level1，则考虑为trilinear滤波方式，有以下滤波方式：trilinearisotropic(near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear)、trilinearanisotropic；如果只有level0有效，有以下滤波方式：pointisotropic(near、near_mipmap_near)、bilinearisotropic(linear、linear_mipmap_near)、bilinearanisotropic；CoordinateU2单元:完成对fetch、sampler模式下的s、t、r、q的坐标、地址转换；当使能cubemap_array时，此时的Q坐标不为0，表示layer行号，s、t、r分别表示x，y，z方向上的大小，通过映射关系得到平面坐标内的s、t坐标；当使能rectangle模式，此时的s、t坐标不需要进行解归一化处理；如果s、t、r坐标超出了各自的表示范围，采用不同的wrap模式对坐标进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器，其特征在于，包括：/nImage U0单元:对image基本信息进行存储，当使能mipmap纹理时，通过target以及不同map层作为地址，存储对应image的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type、base；当使能layer层时，通过target以及不同的layer层作为地址，存储对应层的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type、base值，当使能cubemap时，将mipmap层的一个地址进行细分为6个，分别代表0,1,2,3,4,5不同的face信息，当使能layer层没有map层信息时，不同layer层的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type相同，base不同；当使能layer并使能map层时的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type相同，base不同；支持1D、2D、3D、rectangle、cubemap、1D_ARRAY、2D_ARRAY、cubemap_array、2D_multisample、2D_multisample、2D_multisample_array模式下的寄存器配置；/nLOD U1单元:完成对不同滤波模式下的level值计算，结合访问target地址得到访问image单元的地址；在计算level值之前，首先需要通过target和base_level值为level0读取image单元，获得image的基本信息作为后续level计算时的参考，然后level值的计算考虑两种情况：当使能lod时，如果image为layer模式，此时，不同层的width、height信息相等，无论滤波模式为mag_filter还是min_filter，都取整取最靠近base_level方向的一个level值为level0读取image信息的offset，而filter_type大小与请求的滤波大小相匹配；当使能lod时，如果image为mipmap模式，此时，不同层的width、height、depth不相等，考虑mag_filter在near和linear模式下取整取最靠近base_level值读取image信息的offset，考虑min_filter模式下near、linear、near_mipmap_near、linear_mipmap_near取最不靠近base_level值为level0读取image的offset，而filter_type分别和请求的滤波模式相匹配，考虑min_filter在near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear模式下取整取临近的两层作为读取image信息的offset，ratio_l为lod值减去level值的小数部分，此时称为lod的整数部分为level0，level0加1为level1，如果lod值为min_lod，此时level0与level1相同，所以取fiter_type分别为near_mipmap_near和linear_mipmap_near滤波；同理，当使能偏导数作为lod时，按照raster传递过来的图元类型primitive、dux、duy、dvx、dvy、dwx、dwy、delt_x、delt_y，分为polygon/point和line两种情况，分别计算得到polygon/point和line的lod，如果image为layer模式，此时，不同层的width、height信息相等，无论滤波模式为mag_filter还是min_filter，都取整取最靠近base_level方向的一个level值为level0读取image信息的offset，而filter_type大小与请求的滤波大小相匹配；如果image为mipmap模式，此时，不同层的width、height、depth不相等，考虑mag_filter在near和linear模式下取整取最靠近base_level值读取image信息的offset，考虑min_filter模式下near、linear、near_mipmap_near、linear_mipmap_near取最不靠近base_level值为level0读取image的offset，而filter_type分别和请求的滤波模式相匹配，考虑min_filter在near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear模式下取整取临近的两层作为读取image信息的of...

【技术特征摘要】
1.一种基于双Buffer架构下的纹理贴图硬件加速器，其特征在于，包括：
ImageU0单元:对image基本信息进行存储，当使能mipmap纹理时，通过target以及不同map层作为地址，存储对应image的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type、base；当使能layer层时，通过target以及不同的layer层作为地址，存储对应层的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type、base值，当使能cubemap时，将mipmap层的一个地址进行细分为6个，分别代表0,1,2,3,4,5不同的face信息，当使能layer层没有map层信息时，不同layer层的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type相同，base不同；当使能layer并使能map层时的mode、width、height、depth、border、inte_format、format、type相同，base不同；支持1D、2D、3D、rectangle、cubemap、1D_ARRAY、2D_ARRAY、cubemap_array、2D_multisample、2D_multisample、2D_multisample_array模式下的寄存器配置；
LODU1单元:完成对不同滤波模式下的level值计算，结合访问target地址得到访问image单元的地址；在计算level值之前，首先需要通过target和base_level值为level0读取image单元，获得image的基本信息作为后续level计算时的参考，然后level值的计算考虑两种情况：当使能lod时，如果image为layer模式，此时，不同层的width、height信息相等，无论滤波模式为mag_filter还是min_filter，都取整取最靠近base_level方向的一个level值为level0读取image信息的offset，而filter_type大小与请求的滤波大小相匹配；当使能lod时，如果image为mipmap模式，此时，不同层的width、height、depth不相等，考虑mag_filter在near和linear模式下取整取最靠近base_level值读取image信息的offset，考虑min_filter模式下near、linear、near_mipmap_near、linear_mipmap_near取最不靠近base_level值为level0读取image的offset，而filter_type分别和请求的滤波模式相匹配，考虑min_filter在near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear模式下取整取临近的两层作为读取image信息的offset，ratio_l为lod值减去level值的小数部分，此时称为lod的整数部分为level0，level0加1为level1，如果lod值为min_lod，此时level0与level1相同，所以取fiter_type分别为near_mipmap_near和linear_mipmap_near滤波；同理，当使能偏导数作为lod时，按照raster传递过来的图元类型primitive、dux、duy、dvx、dvy、dwx、dwy、delt_x、delt_y，分为polygon/point和line两种情况，分别计算得到polygon/point和line的lod，如果image为layer模式，此时，不同层的width、height信息相等，无论滤波模式为mag_filter还是min_filter，都取整取最靠近base_level方向的一个level值为level0读取image信息的offset，而filter_type大小与请求的滤波大小相匹配；如果image为mipmap模式，此时，不同层的width、height、depth不相等，考虑mag_filter在near和linear模式下取整取最靠近base_level值读取image信息的offset，考虑min_filter模式下near、linear、near_mipmap_near、linear_mipmap_near取最不靠近base_level值为level0读取image的offset，而filter_type分别和请求的滤波模式相匹配，考虑min_filter在near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear模式下取整取临近的两层作为读取image信息的offset，ratio_l为lod值减去level值的小数部分，此时称为lod的整数部分为level0，level0加1为level1，如果lod值为min_lod，此时level0与level1相同，所以取fiter_type分别为near_mipmap_near和linear_mipmap_near滤波；如果使能了level0和level1，则考虑为trilinear滤波方式，有以下滤波方式：trilinearisotropic(near_mipmap_linear、linear_mipmap_linear)、trilinearanisotropic；如果只有level0有效，有以下滤波方式：pointisotropic(near、near_mipmap_near)、bilinearisotropic(linear、linear_mipmap_near)、bilinearanisotropic；
CoordinateU2单元:完成对fetch、sampler模式下的s、t、r、q的坐标、地址转换；当使能cubemap_array时，此时的Q坐标不为0，表示layer行号，s、t、r分别表示x，y，z方向上的大小，通过映射关系得到平面坐标内的s、t坐标；当使能rectangle模式，此时的s、t坐标不需要进行解归一化处理；如果s、t、r坐标超出了各自的表示范围，采用不同的wrap模式对坐标进行约束；当使能level0和level1时，从image单元得到level0和level1各自的width、height、depth值，分别与s、t、r相乘，得到解归一化后的纹理坐标u0，v0，w0和u1，v1，w1，当只有level0有效时，从image单元得到level0的width、height、depth值，分别与s、t、r相乘，得到解归一化后的纹理坐标u0，v0，w0；此时的ratio_u0、ratio_v0、ratio_w0分别为u0、v0、w0的小数部分，ratio_u1、ratio_v1、ratio_w1分别为u1、v1、w1的小数部分，inte_u0,inte_v0,inte_w0分别为u0、v0、w0的整数部分，inte_u1,inte_v1,inte_w1分别为u1、v1、w1的整数部分；执行wrap操作时，如果image内容中的borde值有值，并且此时地址已经溢出，此时disable请求纹素，并使能border_color值作为最终pixel阶段的输入；
CoordinatecontrollerU3单元：当使能level0和level1时，filter_type为point模式时，mode为1D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferu1的数据为inte_u1；mode为2D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferv0的数据为inte_v0；写入coordinatebufferu1的数据为inte_u1，写入coordinatebufferv1的整数部分为inte_v1；mode为3D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferv0的数据为inte_v0，写入coordinatebufferw0的数据为inte_w0，写入coordinatebufferu1的数据为inte_u1，写入coordinatebufferv1的数据为inte_v1，写入coordinatew1的数据为inte_w1；filter_type为linear模式时，mode为1D时，写入coordinatebufferu1的数据为inte_u1，写入coordinatebufferu1的数据为inte_u1+1；写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0+1；mode为2D时，写入coordinatebufferu0、coordinatebufferv0的数据依次为：(inte_u0，inte_v0)、(inte_u0+1，inte_v0)、(inte_u0，inte_v0+1)、(inte_u0+1，inte_v0+1)；写入coordinatebufferu1、coordinatebufferv1的数据依次为：(inte_u1，inte_v1)、(inte_u1+1，inte_v1)、(inte_u1，inte_v1+1)、(inte_u1+1，inte_v1+1)；mode为3D时，写入coordinatebufferu0、coordinatebufferv0、coordinatebufferw0的数据依次为：(inte_u0，inte_v0，inte_w0)、(inte_u0+1，inte_v0，inte_w0)、(inte_u0，inte_v0+1，inte_w0)、(inte_u0+1，inte_v0+1，inte_w0)、(inte_u0，inte_v0，inte_w0+1)、(inte_u0+1，inte_v0，inte_w0+1)、(inte_u0，inte_v0+1，inte_w0+1)、(inte_u0+1，inte_v0+1，inte_w0+1)；写入coordinatebufferu1、coordinatebufferv1、coordinatebufferw1的数据依次为：(inte_u1，inte_v1，inte_w1)、(inte_u1+1，inte_v1，inte_w1)、(inte_u1，inte_v1+1，inte_w1)、(inte_u1+1，inte_v1+1，inte_w1)、(inte_u1，inte_v1，inte_w1+1)、(inte_u1+1，inte_v1，inte_w1+1)、(inte_u1，inte_v1+1，inte_w1+1)、(inte_u1+1，inte_v1+1，inte_w1+1)；当使能level0时，filter_type为point模式时，mode为1D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0；mode为2D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferv0的数据为inte_v0；mode为3D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferv0的数据为inte_v0，写入coordinatebufferw0的数据为inte_w0；filter_type为linear模式时，mode为1D时，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0，写入coordinatebufferu0的数据为inte_u0+1；mode为2D时，写入coordinatebufferu0、coordinatebufferv0的数据依次为：(inte_u0，inte_v0)、(inte_u0+1，inte_v0)、(inte_u0，inte_v0+1)、(inte_u0+1，inte_v0+1)；mode为3D时，写入coordinatebufferu0、coordinatebufferv0、coordinatebufferw0的数据依次为：(inte_u0，inte_v0，inte_w0)、(inte_u0+1，inte_v0，inte_w0)、(inte_u0，inte_v0+1，inte_w0)、(inte_u0+1，inte_v0+1，inte_w0)、(inte_u0，inte_v0，inte_w0+1)、(inte_u0+1，inte_v0，inte_w0+1)、(inte_u0，inte_v0+1，inte_w0+1)、(inte_u0+1，inte_v0+1，inte_w0+1)。
addresscontrollerU4单元：首先完成纹理坐标到纹理偏移地址的计算；对于level0有效时，mode为1D，在地址计算没有溢出时的偏移量为size*u0；mode为2D，在地址计算没有溢出时的偏移量为size*(width0*u0+v0)；mode为3D，在地址计算没有溢出时的偏移量为size*(width0*u0+v0)+w0*width0*height0；得到最终访问texelcache的地址为base0+偏移量。然后根据偏移量的末尾与4字节对齐方式，得到不同inte_format条件下的地址个数，并将末尾数据保存于offset0buffer中；由于level1无效，所以请求texelcache时，按照双buffer操作方式，奇数个地址请求texelcache地址访问cache0，偶数个地址请求访问cache1，实现地址的并行性访问。对于level0和level1均有效时，mode为1D，在地址计算没有溢出时的偏移量为size*u0，size*u1；mode为2D，在地址计算没有溢出时的偏移量为size*(width0*u0+v0)，size*(width1*u1+v1)；mode为3D，在地址计算没有溢出时的偏移量为size...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴涛，殷诚信，王磊，
申请(专利权)人：华夏芯北京通用处理器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11