[发明专利]一种基于统一染色技术的GPU系统

说明书

本发明涉及一种基于统一染色技术的GPU系统。该系统包括基于PCIe的主机接口模块、基于统一染色架构的3D引擎模块、基于AXI的存储控制与管理模块及两路独立显示控制模块，主机接口模块和3D引擎模块连接，主机接口模块、3D引擎模块、显示控制模块均和存储控制与管理模块连接，本发明能够实现OpenGL API的硬件加速。

技术领域

本发明涉及计算机硬件技术领域，尤其涉及一种基于统一染色技术的GPU系统。

背景技术

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，我国尚无基于统一染色架构的GPU，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芯片存在温度和环境适应性差、无法保证电路本身或配套软件没有“后门”、包含大量军用领域不需要的冗余功能单元，功耗指标无法满足要求、商用GPU芯片更新换代快，随时面临停产、断档，难以满足武器装备持续保障等缺陷，在安全性、可靠性、保障性等方面的存在重大隐患。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，突破基于统一染色架构的图形处理器关键技术、研制统一染色架构的高性能图形处理器芯片迫在眉睫。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种基于统一染色技术的GPU系统，能够实现OpenGL API的硬件加速。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种基于统一染色技术的GPU系统，其特殊之处在于：该系统包括基于PCIe的主机接口模块、基于统一染色架构的3D引擎模块、基于AXI的存储控制与管理模块及两路独立显示控制模块，所述主机接口模块和3D引擎模块连接，所述主机接口模块、3D引擎模块、显示控制模块均和存储控制与管理模块连接。

上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PCIe总线接口，命令处理器、通用输入输出模块、两路I2C总线控制器以及外部ROM接口；所述PCIe总线接口后端逻辑包括DMA控制器，该PCIe总线接口用于接收PCIe主设备发送的OpenGL图形命令和数据，同时该PCIe总线接口还用于将图形处理器的图形状态参数和图像数据传送回主设备；所述PCIe总线接口后端DMA控制器由命令处理RISC内核进行参数配置，实现PCIe主设备与GPU芯片内部其它模块的数据传输；所述命令处理器包括预处理单元和命令处理RISC内核，用于接收PCIe总线接口传输的OpenGL图形命令和数据并对其进行解释和预处理，将预处理单元产生的图形绘制命令发送给3D引擎模块中的OpenGL图形绘制命令处理单元GDU；同时预处理单元产生的OpenGL图形功能命令发送到命令处理RISC内核进行译码处理，并提取图形功能码发送给图形功能管理单元GFU；OpenGL图形绘制命令的参数设置功能由GDU单元完成；OpenGL图形功能命令的参数设置功能由命令处理RISC内核完成；所述通用输入输出模块与PCIe总线接口相连，由PCIe主设备进行配置，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PCIe总线接口相连，由PCIe主设备进行配置，实现与GPU芯片相连的外部A/D芯片和D/A芯片的配置。