3 關(guān)鍵技術(shù)

　　3. 1 FPGA 邏輯功能的實現(xiàn)

　　在FPGA 中主要完成對PCI 總線、外圍編解碼芯片、顯存和VESA 時序的控制，依據(jù)OpenGL 接口標(biāo)準(zhǔn)對光柵處理渲染的要求完成諸如點、直線和圓等基本圖元的繪制和處理。在FPGA 內(nèi)設(shè)置一個共享存儲區(qū)，該存儲區(qū)由PCI 總線和EMIF 總線共同控制，存儲CPU 發(fā)過來的數(shù)據(jù)和繪圖指令以及圖形處理模塊自身產(chǎn)生的各種狀態(tài)信息。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示：

　　PCI 總線發(fā)過來的繪圖命令和其他數(shù)據(jù)信息通過FIFO 寫入共享存儲區(qū)內(nèi)，并讀取圖形處理模塊狀態(tài)信息，例如繪圖結(jié)束狀態(tài)、應(yīng)答狀態(tài)等信息，根據(jù)這些狀態(tài)信息產(chǎn)生下一條指令。圖形處理模塊通過查詢該共享存儲區(qū) 對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)信息，解析繪圖指令，根據(jù)判斷標(biāo)志將需要在FPGA 中執(zhí)行的指令直接執(zhí)行，將終繪制的圖形寫入顯存，并控制幀緩存將圖形按照VESA 時序標(biāo)準(zhǔn)實時輸出。

　　3. 2 OpenGL 庫函數(shù)實現(xiàn)方法

　　OpenGL（ Open Graphics Library） 是一種圖形硬件的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，它提供了十分豐富的圖形接口函數(shù)，開發(fā)者可以用這些函數(shù)來建立2D/3D 模型和進行圖形實時交互。OpenGL 的流線型、獨立于硬件的接口特征使得它成為行業(yè)領(lǐng)域中為廣泛接納的2D/3D 圖形API.

　　本文論述的方法通過函數(shù)先編碼再解析的方式實現(xiàn)具體的OpenGL 函數(shù)。對OpenGL 庫的函數(shù)進行編碼，并設(shè)置是否需要在DSP 中進行處理的標(biāo)志位，CPU 端將OpenGL 繪圖函數(shù)封裝成這種的編碼方式傳遞給圖形處理模塊，圖形處理模塊收到繪圖指令后對指令進行解析處理，在DSP 中對復(fù)雜指令做進一步拆分，并調(diào)用FPGA 中基本圖元的繪制以及清除屏幕操作命令完成函數(shù)整體的功能。

　　例如glBegin 函數(shù)，該函數(shù)附帶參數(shù)mode,共有10個不同的數(shù)據(jù)值，分別表示glBegin 和glEnd 之間通過頂點繪制的圖形的10 種不同的形式。具體實現(xiàn)時，對函數(shù)進行編碼后，設(shè)置處理標(biāo)志位為1,表明該函數(shù)需要在DSP 中進行進一步拆分，圖形處理模塊從FPGA 的共享存儲區(qū)中讀出繪圖指令判斷后交由DSP負責(zé)對函數(shù)命令進行分析，DSP 在頂點操作和圖元裝配這兩個渲染步驟中進行如下操作： 對傳遞過來的頂點坐標(biāo)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，生成適合屏幕坐標(biāo)的頂點，并根據(jù)讀取的glBegin 函數(shù)的參數(shù)，對頂點進行圖元組裝，生成參數(shù)要求的圖元，并將圖元轉(zhuǎn)入下一個渲染步驟，由FPGA 負責(zé)完成繪制。其指令流程圖如圖5 所示。

　　4 結(jié)論

　　本文通過分析圖形處理模塊的功能結(jié)構(gòu)和處理流程，給出了一種DSP + FPGA 結(jié)構(gòu)的符合OpenGL 函數(shù)接口標(biāo)準(zhǔn)的圖形處理模塊的設(shè)計方法。依據(jù)該方法設(shè)計出了一款圖形處理模塊，集中了DSP 和FPGA 在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)點； 該模塊目前已經(jīng)支持glBegin、glEnd、glClear、glClearColor、glColor、glFlush、glRect、gl- Vertex、glBitmap 和glRasterPos 等函數(shù)，符合OpenGL 函數(shù)接口標(biāo)準(zhǔn)使得該模塊在具體應(yīng)用時，OpenGL 應(yīng)用程序可以不經(jīng)修改或經(jīng)過少量修改即可移植到該模塊所在的圖形處理系統(tǒng)中，降低了二次開發(fā)的難度和風(fēng)險。

　　利用已經(jīng)實現(xiàn)的OpenGL 函數(shù)繪制的座艙顯示基本界面如圖6 所示，經(jīng)過測試，該模塊屏幕刷新率約為20 幀/s.

　　隨著FPGA 并行處理能力和片上資源的集成度的不斷提高，F(xiàn)PGA 向著SOPC 和平臺化方向發(fā)展的趨勢更加明顯； DSP 內(nèi)核結(jié)構(gòu)的逐步完善，DSP 和微處理器結(jié)合愈加緊密，DSP 的性能和功能將得到進一步提高，利用DSP 和FPGA 設(shè)計符合處理性能和顯示效果不斷增強的圖形顯示處理模塊的這種設(shè)計方法將得到更好的發(fā)展。