基于SDTA结构的OpenGL ES关键技术实现与研究

论文摘要

OpenGL ES（OpenGL for Embedded System）,是嵌入式系统3D图形绘制编程接口。OpenGL ES在传统的操作触发体系结构（Operation Triggering Architecture, OTA）及其平台之间具有较好的移植性,但是针对特定体系结构和运行平台OpenGL ES库有不同的实现版本,如:Vincent OpenGL ES和J2ME-based OpenGL ES。同步数据触发体系结构（Synchronized Data Triggering Architecture,SDTA）与传统的OTA结构有着本质上的区别,它是基于传输触发体系结构（Transport Triggering Architecture, TTA）改进而发展起来的高性能数据并行体系结构。因此,面向SDTA结构研究OpenGL ES并实现其关键技术具有重要的意义。本文的研究成果主要有:1.表格驱动Cordic算法（Table-driven Cordic, T-Cordic）T-Cordic算法实质上是一种面向数据密集型的Cordic改进算法,它将经典Cordic算法的迭代转换为简单的2×2矩阵乘法。系数矩阵元素值预先计算好存放在表格中,通过查表操作可以快速获得各个元素值。基于SDTA指令集结构实现的T-Cordic算法性能提升显著。2.基于SDTA结构的OpenGL ES内置函数优化OpenGL ES内置函数是OpenGL ES库的基础和核心。基于SDTA指令集结构的指令优化技术（循环展开、强度消弱、指令归并、子字并行等）是OpenGL ES内置函数性能提升的关键技术。3. OpenGL ES底层构件的设计与优化本文提出了OpenGL ES多级结构设计模型;基于函数依赖度策略提取了OpenGL ES实现的一个核心子集,即OpenGL ES底层构件。同时,基于SDTA指令集结构的子字并行原语编程模型是OpenGL ES底层构件优化实现的关键技术。4.面向SDTA结构定制Unified Shader功能单元可编程Shader是OpenGL ES支持可编程能力的前提。本文在研究独立Vertex Shader和Fragment Shader功能单元结构的基础之上提出了面向SDTA结构的Unified Shader单元设计。它是将Vertex Shader和Fragment Shader处理单元的统一起来构造一个既能执行Vertex Shader又能执行Fragment Shader的处理单元。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 嵌入式系统中实时图像渲染的应用与需求
• 1.1.2 嵌入式图形绘制标准OpenGL ES
• 1.1.3 嵌入式图像处理对体系结构及其编译技术的影响
• 1.2 相关研究
• 1.2.1 嵌入式图形应用程序编程接口
• 1.2.2 OpenGL ES 研究进展
• 1.3 研究内容
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 面向 SDTA 结构的 OpenGL ES 实现需求分析
• 2.1 OpenGL ES 规范
• 2.1.1 OpenGL ES 内置函数
• 2.1.2 OpenGL ES 编程管线
• 2.2 同步数据触发体系结构
• 2.2.1 SDTA 指令集结构
• 2.2.2 SDTA 指令执行过程分析
• 2.3 基于 SDTA 实现 OpenGL ES 的必要性和有效性
• 2.3.1 OpenGL ES 实时图像渲染优势
• 2.3.2 SDTA 结构的多媒体处理优势
• 2.3.3 基于SDTA 结构实现OpenGL ES 的需求分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 表格驱动 Cordic 算法的设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 经典 Cordic 算法原理
• 3.3 表格驱动 Cordic 算法
• 3.3.1 符号位预测
• 3.3.2 T-Cordic 算法原理
• 3.3.3 表入口大小选择
• 3.4 T-Cordic 算法的实现及其性能分析
• 3.4.1 T-Cordic 算法在SDTA 指令集结构上的实现
• 3.4.2 性能测试与分析
• 3.5 T-Cordic 硬件功能单元设计
• 3.5.1 T-Cordic 功能单元体系结构
• 3.5.2 前处理模块
• 3.5.3 T-Cordic 核心模块
• 3.5.4 后处理模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于 SDTA 结构的 OpenGL ES 内置函数优化
• 4.1 引言
• 4.2 内置函数的算法结构描述
• 4.3 基于SDTA 结构的指令优化技术
• 4.3.1 循环展开
• 4.3.2 强度削弱
• 4.3.3 指令归并与机器方言
• 4.3.4 过程集成
• 4.3.5 指令优化测试与分析
• 4.4 RAR 与 T-Cordic 性能比较与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 OpenGL ES 底层构件在 SDTA 结构上的设计与优化
• 5.1 引言
• 5.2 OpenGL ES 库的结构化设计
• 5.2.1 模块化结构设计
• 5.2.2 多级结构设计
• 5.3 OpenGL ES 底层核心构件设计
• 5.3.1 OpenGL ES APIs 统计分析
• 5.3.2 OpenGL ES 底层构件的提取
• 5.4 OpenGL ES 核心构件在 SDTA 结构上的实现与优化
• 5.4.1 OpenGL ES 在SDTA 指令集结构上的设计流程
• 5.4.2 子字并行原语及其优化
• 5.4.3 性能测试与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 面向 SDTA 结构定制 OpenGL ES 管线功能单元
• 6.1 引言
• 6.2 可编程 Shader 单元结构研究
• 6.3 定制 Unified Shader 功能单元
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果