利用智原科技A320SoC平台开发2D图像加速器(上)利用人的慧打造物的智

1、市面上的机顶盒，GPS,手机或PMP的多媒体主控芯片，很多都要求具有 2D 图像显示功能。利用智原 A320 SoC 平台开发 2D 图像加速器， 可以加速 2D 图形显示效果。本文首先说明 2D 图像加速器的功能要求和作用；然后在介绍 FPGA 测试方式时也对智原科技所提供给的 A320 SoC 平台,做一些说明。12D 图像加速器的功能要求和作用介绍全硬件 2D 图形加速引擎包含完整的 BitBLt 功能，影像混合调整 (alpha-blending )、图形扩大缩小与旋转功能。除此之外，更针对 GPS 的特殊 应用而设计了画线( line draw )，字型反锯齿( text anti-

2、aliasing )与渐层着色 ( G radient fill )，而且可以针对每一个像素做处理。 2D 图像加速器包含了一个 32 比特 BLT 引擎以及 Line Draw 引擎用以提供针对许多视窗操作所需要的硬件 加速。微软视窗定义了像素( pixel )是最小可寻址的屏幕元素，而线( line )跟 图像都是由像素利用种种的变化组成的。像素是所有计算机图像的基本元素，它 也是计算机显示器上的一点亮光，用来展现出不同的颜色。 2D 图像引擎是用来 减轻 CPU 在图像处理上过多的负担，以及在像素数据搬动和画线时加速图形的 处理，同时也加快了计算图形时的逻辑操作以提升 SoC 整体的性能

3、。2D 图像加速器的功能定义如下AHB 主/从 接口完全符合 ARM AMBA 0 规范在UMC 0.13工艺且在内置FIFO的条件下，AHB总线速度高达200MHz 以上 2D 图像加速器内核的同步时钟操作频率在 83MHz 实时显示支持最大图像分辨率高达 1024 x 768 ，其中分辨率是指像素在 显示器上的行与列的数目。 支持标准微软 256 三元光栅操作码( ternary raster operation codes - ROPs)支持针对来源(source ) / 目的(destination ) RGB 空间 alpha-blending(按照“ Alpha ”混合向量的值来混

4、合源像素和目的像素)的图像覆盖，让 2D 对象产生透明感的技术，追求透明光影效果 支持在 BLTs 和 Bresenham 画线的透明以及剪辑( Clip )的功能， Bresenham 画线算法通过采用运行速度快的加减和移位运算来完成画线。支持 RGB-565, RGB-888, ARGB-1555, ARGB-8888 等格式如下图 1。2D 图像加速器的模块图如图 2 所示，加速器是基于一个 AHB 主以及一个AHB 从接口的 AHB 总线，未来在 FPGA 开发板上用来与 A320 上的 AHB 连接 器进行结接。我们就 AHB 总线进行一个粗略的带宽估算 :针对 800X600 而且

5、格式为 ARGB-8888 （4 字节/ 像素）的图片 :800*600*2*30*3* （ 1/0.6 ）*4=144M *4=576（MB/ 秒）= 也就是说 SDRAM 时钟速度至少要到 144MHz. 这个速度要求建议SDR SDRAM 控制器在 0.13um 或更先进工艺实现 , 或者是 DDR SDRAM 控制 器在 0.18um 或更先进工艺实现。解释“2”是针对较大的BG所增加的分辨率因数（通常用在画制背景图）。“30” 代表 30 帧/ 秒实时显示的要求。“3” 意谓在正常的图形描绘 2-读和 1- 写的时候。“0.6” 是指总线效率因数 , 考虑到 DRAM 反应时间（ l

6、atency ）和 AHB 总 线仲裁器（ arbiter ）所造成的延迟。2D 图像加速器中会提供某些功能如 ROPs, Line drawing, Tranpancy,Alpha blending 等等以达到图形描绘 （ Rendering ）的目的 , 模块的流水线示 意图如图 3 所示。1 数据块传送（ BitBLt ）可以把整个视频显示器看作是一幅大位图（ bitmap ）。在屏幕上见到的像素 由储存在视频显示卡上内存中的位置来描述。任何视频显示的矩形区域也都是一 个位图，其大小是它所包含的行列数目。将图像从视频显示的一个区域复制到另 一个区域，这个是由强大的 BitBLt 函数来完

7、成的。理解图像最重要的一点是，图 像总是矩形的。这不只是方便了人们的理解，其原因是底层的技术。所有的现代 显示卡都内置了硬件，可以非常高效地把像素块从内存的一个地方复制到另一个 地方。假定像素块表示一个矩形区域，这个硬件加速操作可以虚拟为一个操作， 而且执行速度非常快。实际上，这是现代高性能图像的关键。这个操作称为位图 块传输（或者 BitBLt ）。BitBLt 是从实际视频显示内存传输图像，而不是从系统菜单图标的其它图像 传输。如果移动 BitBLt 窗口以使部分系统菜单图标移出屏幕，然后调整 BitBLt 窗口的尺寸使其重画，这时将发现 BitBLt 显示区域中显示的是菜单图示的一部 分

8、。 BitBLt 函数不再存取整个图像。在 2D 计算机图形处理 , BitBLt 引用 DMA 对在相同或不同的内存位置上的像 素数据作数据块传送。 BitBLt 命令实现了被微软所定义的所有的 256 光栅操作ROPs)这些三种光栅操作码定义 BitBLt 如何在逻辑上从来源（ source ）操作数 , 模 式（ pattern ） 操作数 , 以及目的（ destination ） 操作数进行比特的运算。光 栅操作总是在 BitBLt 以及必须被使用者加载一个适当的值的时候起作用的。并不是每一种 ROP 码都要用到全部 3 种原始数据，有的甚至连 1 种也用不 到，例如全黑或者全白的 ROP 码。块传送函数使用的 ROP 码总共有 256 种，它 们是 3 种原始数据进行不同位操作（取反、与、或和异或）的组合，但有些 ROP 码对应的操作结果实在是太难想象了， 比如 ROP 码 0e20746 对应的操作是 （目 标像素 xor 画刷） and 源像素） xor 目标像素），凭这个算式的确比较难以想 象最后得到的位图是什么样子的。 在实际使用中很多算法组合也并不是那么有用， 所以微软视窗只对 15 种最常用的 ROP 码定义了预定义的助记代码，如表 1 所示，对于这些 ROP 码，在