2D图形硬件加速引擎的设计优化技术研究

论文摘要

手机等便携式设备中图形显示需求日益提高,本文分析讨论了2D图形硬件加速引擎的设计优化技术,并针对GBA(GameBoy Advance)的模拟器VBA(VisualBoy Advance)的绘图方法设计实现了支持GBA等高质量游戏的2D图形硬件加速引擎。本文在以下方面作了深入的研究:阐述了GBA绘图模式的三大特色和各种颜色特效功能。分析了VBA的工作流程,并在流程分析的基础上讨论了2D图形加速引擎的软硬件划分方法。针对AMBA总线架构,提出了2D图形硬件加速引擎的总体架构,该架构综合速度、面积及总线带宽等因素进行了设计优化。2D引擎划分为Apbslave、DMAinterface、Modesel、Screentext、Screenrot、Sprites、Window、LCD Controller等功能模块。论文详细讨论了2D图形硬件加速引擎各个功能模块的设计优化技术。基于VBA本身的完全正确性,采用基于参考模型的验证方法对2D图形硬件加速引擎各功能模块进行了充分的模拟验证。在FPGA上运行的结果表明本文设计的2D图形硬件加速引擎功能完全正确,绘图速度与VBA模拟器相比提高了10倍。本文设计实现的2D图形硬件加速引擎通过了正确的验证与测试,能有效支持GBA等游戏,功耗低、图形加速效率高,根据需要可以应用到不同的图形用户界面,提供高效的图形加速显示能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 GBA 发展简介
• 1.3 国内外研究状况
• 1.4 论文研究的目标、内容及意义
• 1.5 论文结构
• 第二章 2D 引擎绘图分析
• 2.1 GBA 绘图模式
• 2.1.1 Bitmap 模式
• 2.1.2 Tile 模式
• 2.1.3 Sprite 影像
• 2.2 GBA 颜色特效介绍
• 2.2.1 Alpha 混合与淡入淡出特效
• 2.2.2 马赛克特效
• 2.2.3 窗口特效
• 2.3 本章小结
• 第三章 VBA 流程分析及引擎软硬件划分
• 3.1 VBA 工作流程分析
• 3.2 2D 引擎软硬件划分
• 3.3 本章小结
• 第四章 2D 图形硬件加速引擎的设计与实现
• 4.1 2D 引擎总体结构设计
• 4.2 2D 引擎模块具体实现
• 4.2.1 Apbslave 模块设计
• 4.2.2 DMAinterface 模块设计
• 4.2.3 Modesel 模块设计
• 4.2.4 Screentext 模块设计
• 4.2.5 Screenrot 模块设计
• 4.2.6 Sprites 模块设计
• 4.2.7 Window 模块设计
• 4.2.8 LCD Controller 模块设计
• 4.2.9 公共单元ALU 设计
• 4.3 2D 引擎性能分析
• 4.4 综合结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 2D 图形硬件加速引擎的测试与验证
• 5.1 模拟验证
• 5.1.1 验证平台的构建
• 5.1.2 验证结果分析
• 5.2 FPGA 验证
• 5.2.1 FPGA 验证平台的构建
• 5.2.2 FPGA 验证结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 课题工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果