【技术开发单位】北京航空航天大学
【技术简介】随着嵌入式应用对图形应用要求的不断提高，完全依靠CPU绘制复杂的三维图形很难达到实时交互的要求。因此需要使用专用的图形处理芯片来提高图形的绘制速度。随着SoC技术的发展，片上系统得到广泛应用，具有开发周期短，便于移植与剪裁等特点，因此以软IP核形式开发的三维图形加速引擎能够得到广泛的应用。
电子产品一般都需要硬件和软件的完美结合，图形处理器中也需要一个IP核才能完成对图形的处理。随着可编程器件的快速发展，芯片的规模、密度、性能都有了巨大的变化，可编程逻辑器件已成为计算机应用、通信技术、自动控制技术、仪表仪器等领域广受欢迎的器件，它也是科学实验、样机研制、小批量生产的最佳选择。利用FPGA开发产品，可以帮助用户在保证合理成本的前提下，提高了设计的效率，利用FPGA的可灵活升级性，用户可以满足快速多变的市场需求，使自己的产品不断的推成出新紧跟业界的发展趋势，做出有自己特色，自主知识产权的产品，始终保持产品的差异性和领先性。本技术采用FPGA平台实现，开发具有对功能可扩展、可剪裁的IP核。本技术更具特色的是采用最先进的FPGA+ARM集成SoC片上系统ZYNQ-7000体系实现，实现软硬件共同工作，从而能够更方便的移植到不同体系的嵌入式应用产品中。本IP核能够完成三维图形的管线流程，并能够兼容主要的OpenGL指令，从而方便应用程序直接操作IP核的图形操作。
三维图形在屏幕显示，实际上是将一个离散模型放置在适当的空间位置。经过一系列管线操作，将图形的坐标输出，并保存到用户空间的存储区域等待显示功能的调用。具体实现流程为：应用程序通过驱动程序将需要生成三维图形的数据发送IP核，IP核经过几何变换模块、光照模块、图元装配模块、剔除剪切模块、背面剔除模块、投影模块完成对图形的几何部分的处理，在经过光栅化模块核片段处理模块完成光栅部分的处理，从而生成了能够在二维显示器中显示出来的三维图形。
【技术特点】如今的硬件图形加速器一般包含多个顶点处理器以及多个像素处理器或者统一的处理器架构，可编程的架构使得用户可以非常方便的改变绘制的方法，并且利用了对浮点数据的处理来提高色彩表达的精确度，从而渲染出非常逼真的效果，处理效率也明显提升。
但是随着嵌入式设备如手机、平板电脑等便携产品的广泛应用，需要专门的嵌入式图形加速引擎，但是现在广泛应用的图形加速引擎多采用国外公司的现有芯片，国内在此领域的技术暂不能广泛推广，因此本IP核的突出特点有两点，首先，基于FPGA实现的软IP核方便移植和剪裁等二次开发，容易在不同领域中直接或间接应用；其次，采用AXI总线，适应最新的软硬件通信模式，支持更大数据量的吞吐。
【技术指标】IP核开发基于Zynq 7000系列可扩展平台，实现软硬件协同工作系统，使用VHDL作为硬件描述语言，兼容OpenGL的主要指令，能够实现对三维图形生成管线的各项操作，如几何变换、光照处理、背面剔除与剪切、投影、光栅操作等。
IP核数据通信遵循AXI总线标准，IP核通过AXI总线接收操作系统发送来的图形生成指令，并能够实时处理生成三维图形。
【技术水平】国际先进
【可应用领域和范围】电子通信、电子消费品、汽车电子、仪器仪表等。
【专利状态】已申请专利2项
【技术状态】样品阶段
【合作方式】合作开发
【投入需求】100万
【转化周期】3年
【预期效益】本技术可以促进国内在图形加速领域的发展，应用最先进的软硬件协同工作的思想开发的IP核能够更容易移植到时下流行的嵌入式操作系统体系和产品中，相较于国外的硬件图形加速引擎，本IP核可以提供更低廉的价格，更广泛的移植性，从而应用于更多的国产嵌入式设备中，在提高国民科技水平的基础上创造可观的经济效益。
【联系方式】毛 峡 010-82339508/13401190474
