CN109346028B - 一种基于tlm的三角形光栅化扫描结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构，包括：初始化单元，通过事物级端口连接数据获取单元，用于接收三角形数据信息，并根据三角形数据信息获取X轴起始坐标、Y轴检测范围；Y轴步进单元，通过事物级端口连接初始化单元，用于对X轴进行使能标识，并根据Y轴检测范围控制检测元素沿第一方向的步进；若干X轴扫描单元，用于根据X轴的使能标识和X轴起始坐标控制检测元素沿X轴的扫描。本发明集成有初始化单元、Y轴步进单元和X轴扫描单元，且初始化单元、Y轴步进单元和X轴扫描单元依次通过事物级端口相连，使得X轴扫描与Y轴步能够并行执行，降低了三角形光栅化的复杂度，改善了三角形光栅化扫描结构的扫描性能和速度。

Description

一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构

技术领域

本发明涉及计算机图形扫描技术领域，具体涉及一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构。

背景技术

随着图形化应用的不断增加，早期单靠CPU(中央处理器，Central ProcessingUnit)进行图形绘制的解决方案已经难以满足技术增长的图形处理需求，因而图形处理器(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和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具有流水线高速、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GPU芯片研制能力薄弱，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芯片存在安全性、可靠性、保障性等方面的隐患，无法满足军用环境的需求；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，突破图形处理器关键技术、研制图形处理器芯片迫在眉睫。

目前，用于GPU三角形光栅化扫描的结构是通过Zigzag算法实现的，但是利用Zigzag算法所实现的用于GPU三角形光栅化扫描的结构，Y轴的步进过于依赖X轴双向扫描的结束位置，增加了三角形光栅化的复杂度，影响三角形光栅化扫描结构的扫描性能和速度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构。

本发明的一个实施例提供了一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构，包括：

初始化单元，通过事物级端口连接所述数据获取单元，用于根据三角形数据信息获取X轴起始坐标、Y轴检测范围；

Y轴步进单元，通过事物级端口连接所述初始化单元，用于对X轴进行使能标识，并根据所述Y轴检测范围控制检测元素沿第一方向的步进；

若干X轴扫描单元，分别通过事物级端口连接所述Y轴步进单元，用于根据所述X轴的使能标识和所述X轴起始坐标控制所述检测元素沿X轴的扫描。

在本发明的一个实施例中，所述X轴扫描单元包括：

第二方向扫描单元，通过与门连接所述Y轴步进单元，用于根据所述使能标识和所述X轴起始坐标控制检测元素沿第二方向的扫描；

第三方向扫描单元，通过与门连接所述Y轴步进单元，用于根据所述使能标识和所述X轴起始坐标控制检测元素沿第三方向的扫描。

在本发明的一个实施例中，所述第二方向扫描单元还用于通过与门向所述Y轴步进单元提供所述检测元素的第一完成标记。

在本发明的一个实施例中，所述第三方向扫描单元还用于通过与门向所述Y轴步进单元提供所述检测元素的第二完成标记。

在本发明的一个实施例中，所述Y轴步进单元为FSM。

在本发明的一个实施例中，还包括：

数据获取单元，通过事物级端口连接所述初始化单元，用于获取所述三角形数据信息。

在本发明的一个实施例中，所述数据获取单元为FIFO。

在本发明的一个实施例中，所述X轴扫描单元还用于提供有效坐标数据。

在本发明的一个实施例中，还包括：

数据接收单元，通过事物级端口连接所述X轴扫描单元，用于光栅化所述有效坐标数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的用于三角形光栅化扫描的结构，集成有初始化单元、Y轴步进单元和X轴扫描单元，且初始化单元、Y轴步进单元和X轴扫描单元依次通过事物级端口相连，使得X轴扫描与Y轴步进能够并行执行，降低了三角形光栅化的复杂度，改善了三角形光栅化扫描结构的扫描性能和速度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三角形的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种事务级SystemC建模的基本结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构的示意图，图2为本发明实施例提供的另一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构的示意图。本发明实施例提供的一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构，该光栅化扫描结构包括：

数据获取单元，用于获取三角形数据信息，并为初始化单元提供所述三角形数据信息。

请参见图3，具体地，三角形数据信息为三角形三个点的坐标，可以分别记为V0(x0，y0)、V1(x1，y1)和V2(x2，y2)，其中，用于光栅化扫描的三角形可以为锐角三角形、直角三角形和钝角三角形。

优选地，数据获取单元为FIFO(First Input First Output，先进先出存储器)，FIFO可以实现对三角形数据信息进行缓存，并且能够对三角形数据信息进行写数据和读数据操作，从而将三角形数据信息传输至初始化单元。

初始化单元(initialization单元)，通过事物级端口连接数据获取单元，用于接收三角形数据信息，并根据三角形数据信息获取X轴起始坐标、Y轴检测范围；

通过事物级端口可以实现初始化单元主动向数据获取单元获取数据的操作，实现初始化单元主动获取数据获取单元得三角形数据信息的作用，从而简化了传递过程，提高了三角形数据信息传递的速率。

进一步地，事物级端口的类型为TLM(Transaction Level Models，事物级模型)接口，通过TLM接口能够提供服务，该服务通过TLM通道实现，数据获取单元和初始化单元之间的事物级端口为数据获取接口，从而使初始化单元成为主动发起者，数据获取单元成为数据接受者，从而通过数据获取接口所提供的服务实现初始化单元主动向数据获取单元获取三角形数据信息。

具体地，初始化单元用于读取三角形数据信息中的有效数据，并对读取的有效数据进行数据初始化操作，从而确定X轴起始坐标和Y轴检测范围；

进一步地，将三角形Y轴的最小坐标记为Ymin，则Ymin＝(y0，y1，y2)，即Ymin为y0、y1和y2中的最小值，三角形Y轴的最大坐标为Ymax，则Ymax＝(y0，y1，y2)，即Ymax为y0、y1和y2中的最大值，则Y轴检测范围记为[Ymin，Ymax]。

进一步地，X轴起始坐标(将X轴起始坐标记为X_scan_start)是用于对三角形的X轴进行扫描时的起始坐标，确定三角形光栅化的X轴起始坐标分为以下情况：

情况1，当y0≠y1≠y2，此时若Ymin＝y0，则X_scan_start＝x0，若Ymin＝y1，则X_scan_start＝x1，Ymin＝y2，则X_scan_start＝x2；

情况2，当y0＝y1≠y2，此时若Ymin＝y0＝y1，则需要判断x0与x1的大小，若x1>x0，则X_scan_start＝x0，若x1<x0，则X_scan_start＝x1，若Ymin＝y2，则X_scan_start＝x2；

情况3，当y0≠y1＝y2，此时若Ymin＝y1＝y2，则需要判断x1与x2的大小，若x2>x1，则X_scan_start＝x1，若x2<x1，则X_scan_start＝x2，若Ymin＝y0，则X_scan_start＝x0；

情况4，当y0＝y2≠y1，此时若Ymin＝y0＝y2，则需要判断x0与x2的大小，若x2>x0，则X_scan_start＝x0，若x2<x0，则X_scan_start＝x2，若Ymin＝y1，则X_scan_start＝x1。

X轴起始坐标为检测元素每次在Y轴沿第一方向按设定距离步进后，沿X轴扫描的起始坐标开始对三角形进行扫描。

Y轴步进单元，通过事物级端口连接初始化单元，用于对X轴进行使能标识，并根据Y轴检测范围控制检测元素沿第一方向的步进；

其中，检测元素为像素。

通过事物级端口可以实现初始化单元主动向Y轴步进单元写数据的操作，实现初始化单元主动向Y轴步进单元传输X轴起始坐标、Y轴检测范围等信息的作用，从而简化了传递过程，提高了数据传递的速率，优化了三角形光栅化扫描结构的复杂度。

进一步地，初始化单元和Y轴步进单元之间的事物级端口为Y轴步进接口，从而使初始化单元成为主动发起者，Y轴步进单元成为数据接受者，从而使Y轴步进接口所提供的服务实现初始化单元主动向Y轴步进单元传输X轴起始坐标、Y轴检测范围等信息。

具体地，Y轴步进单元能够控制检测元素在Y轴检测范围沿第一方向进行步进，Y轴步进单元还用于接收X轴扫描单元在Y轴检测范围内的某个Y坐标下，X轴扫描单元沿X轴的扫描结束时所输出的完成标记信号，当Y轴步进单元接收到该完成标记信号后，便会控制检测元素沿第一方向步进设定距离，以对下一个Y坐标所对应的X轴进行扫描，直至超出Y轴检测范围，则扫描结束。Y轴步进单元根据所接收的完成标记信号共同控制若干X轴扫描单元，以使所有的X轴扫描单元能够实现并行执行。Y轴步进单元内部设置有寄存器，该寄存器用于标识每一行X轴扫描的使能位(enable)，使能位用于判断每一行X轴是否使能，若使能，则X轴扫描单元开始对本行进行扫描，若不使能，则Y轴步进单元控制检测元素沿第一方向继续步进。其中，若某一行的X轴的坐标包含有三角形的坐标数据，则说明该X轴使能，若未包含有三角形的坐标数据，则说明该X轴使能

进一步地，完成标记信号包括第一完成标记和第二完成标记。

优选地，Y轴步进的起始坐标设置为Ymin，第一方向为Y轴正向，即Y轴步进单元控制检测元素从Ymin开始沿第一方向步进，直至其超出Ymax。

优选地，Y轴步进单元为Y-axis FSM(Finite State Machine，有限状态机)单元，FSM由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心。

若干X轴扫描单元(X-axis scanning process单元)，每个X轴扫描单元均分别通过事物级端口连接Y轴步进单元，用于根据X轴的使能标识和X轴起始坐标控制检测元素沿X轴的扫描。

每个X轴扫描单元均包括一个第二方向扫描单元和一个第三方向扫描单元，每个第二方向扫描单元均通过与门连接Y轴步进单元，第二方向扫描单元用于根据对X轴的使能标识和X轴起始坐标控制检测元素沿第二方向的扫描；每个第三方向扫描单元均通过与门连接所述Y轴步进单元，用于根据对X轴的使能标识和X轴起始坐标控制检测元素沿第三方向的扫描。第二方向扫描单元和一个第三方向扫描单元可以并行执行。在每次沿Y轴步进后，X轴扫描单元首先会检测每个X轴是否使能，若使能，则第二方向扫描单元和第三方向扫描单元开始进行扫描，直至扫描结束后，第二方向扫描单元会输出一个第一完成标记至Y轴步进单元，第一完成标记表示第二方向扫描单元对应的X轴沿第二方向的扫描结束，第三方向扫描单元会输出一个第二完成标记至Y轴步进单元，第二完成标记表示第三方向扫描单元对应的X轴沿第三方向的扫描结束，从而使得Y轴步进单元获取每一行X轴扫描的情况。Y轴步进单元根据第一完成标记和第二完成标记更新使能位，并重新分配资源至X轴扫描单元，使其继续X轴的扫描，直到Y轴步进跳出Y轴检测范围，至此三角形光栅化扫描结束。

通过事物级端口可以实现Y轴步进单元主动向X轴扫描单元写数据的操作，通过事物级端口Y轴步进单元主动向X轴扫描单元传输X轴起始坐标和X轴的使能标识，Y轴步进单元主动向若干X轴扫描单元分配资源，以使若干X轴扫描单元能够并行执行扫描动作，并且每个X轴扫描单元中的第二方向扫描单元和第三方向扫描单元可以实现并行执行扫描动作。同时，通过Y轴步进单元通过事物级端口对每个X轴扫描单元分配的硬件资源，可以实现检测元素在不同Y坐标下沿X轴的扫描，如坐标Y1～YN均属于[Ymin，Ymax]，则根据Y轴步进单元的控制可以实现坐标Y1～YN所对应的X轴的扫描同时进行，从而使得X轴扫描与Y轴步能够并行执行，降低了三角形光栅化的复杂度，改善了三角形光栅化扫描结构的扫描性能和速度。

进一步地，Y轴步进单元和X轴扫描单元之间的事物级端口为X轴扫描接口，从而使Y轴步进单元成为主动发起者，X轴扫描单元成为数据接受者，从而使Y轴步进接口所提供的服务实现Y轴步进单元主动向X轴扫描单元写数据的操作。

在每一行的X轴扫描数据后，第二方向扫描单元和第三方向扫描单元会输出有效坐标数据，以便于对扫描到的坐标进行存储和记录。其中，有效坐标数据为检测元素部分位于三角形中或全部位于初始化后的三角形所对应的坐标，这种坐标数据即为有效坐标数据。

优选地，第二方向为X轴正向，所述第三方向为X轴负向。

例如，X轴扫描单元的数量为4个。

数据接收单元(ragment rasterizing process)，通过事物级端口连接X轴扫描单元，用于获取X轴扫描单元输出的有效坐标数据，并对有效坐标数据进行光栅化，数据接收单元对每个X轴扫描单元的执行顺序没有要求。

通过事物级端口可以实现X轴扫描单元主动向数据接收单元写数据的操作，实现X轴扫描单元主动向数据接收单元传输有效坐标数据的作用，从而简化了传递过程，提高了三角形数据信息传递的速率。

进一步地，X轴扫描单元和数据接收单元之间的事物级端口为数据接收接口，从而使X轴扫描单元成为主动发起者，数据接收单元成为数据接受者，从而使数据接收接口所提供的服务实现X轴扫描单元主动向数据接收单元传输有效坐标数据等操作。

本实施例的三角形光栅化扫描结构基于SystemC，SystemC是OSCI(Open SystemCInitiative)组织制定和维护的一种基于C++的建模平台，其完全是用C++语言编写的，由经过精心设计的C++类库和仿真内核构成，支持门级、RTL级、系统级等各个抽象层次上硬件的建模和仿真，而且是开放源代码的。SystemC支持硬件/软件协同设计，能够描述由硬件和软件组成的复杂系统结构，支持在C++环境下对硬件、软件和接口的描述。用SystemC可以实现功能单元、通信单元、软件单元和硬件单元在各种系统级层次上的抽象，其引进的端口和信号的数据类型描述、时钟和延时的概念，正是基于要把软硬件的描述统一到一种建模语言的思想。用SystemC可以快速有效地建立软件算法的精确模型、硬件的体系结构、SoC的接口和系统级的设计，并对设计进行仿真、验证和优化(用SystemC建模，其仿真速度一般是用VHDL或Verilog建模的10～100倍)。SystemC最基本的结构单元是单元，单元可以包含其他单元或过程和方法。单元通过接口与其他单元通信，接口之间用信号相连。一个完整的系统由多个单元组成，每个单元包含一个或多个过程和方法，过程是平行工作的，它们之间通过信号来通信。时钟(Clock)是一种特殊的信号，在仿真时用以控制时序及使过程同步。基于SystemC的设计方法支持设计者在不同层次上建模，减小了代码量和工作量，提供了更高的工作效率，SystemC与传统的方法相比可以更为高效快速地进行仿真。

其中，SystemC的事务级模型是比RTL级更高的抽象级别，在此级别可以根据系统的初始功能规范快速建立硬件的可执行规范、快速创建系统模型。通过在其中加入时序细节，可以评估系统的性能、探索系统的结构。SystemC的单元本质也促进了所开发构件在系统间的复用。

请参见图4，事务级SystemC建模的基本结构包含TLM接口、事务发起者(Initiator)和事务受动者(Target)。图4中描述的TLM接口initiator_target_tlm_if是一个包含了读、写函数的虚类，其内部只对接口操作的函数进行申明，不涉及任何数据、行为的具体定义。事务发起者内部定义了两个接口A和B，申明了一个内部循环进程initiator_process()。接口A、B的类型都是sc_port<initiator_target_tlm_if>，内部进程initiator_process属于一个SystemC的SC_CTHREAD类型，该进程在软件运行时具有单独的stack，并且在程序整个生命周期内存在。当该进程顺序执行到wait()语句时，进程挂起；只有在该进程事先声明的敏感列表中的clock.pos()触发后，该进程才会继续顺序向下执行。事务受动者继承了initiator_target_tlm_if接口类，其内部定义了两个接口a和b，其都是sc_export<initiator_target_tlm_if>类型。事务Target在其内部具体实现了initiator_target_tlm_if接口类中申明函数的行为。

本发明实施例提供的三角形光栅化扫描结构，集成有初始化单元、Y轴步进单元和X轴扫描单元，且初始化单元、Y轴步进单元和X轴扫描单元依次通过事物级端口相连，使得X轴扫描与Y轴步进能够并行执行，降低了三角形光栅化的复杂度，改善了三角形光栅化扫描结构的扫描性能和速度。

本发明实施例提供的三角形光栅化扫描结构，实现了三角形光栅化过程中扫描范围的界定以及有效坐标数据的输出，解决Zigzag算法三角形扫描过程中x轴扫描与y轴步进不能并行执行的问题，还解决了三角形光栅化扫描算法RTL仿真结果模型比对的问题，同时加快了仿真速度。

本发明实施例的Y轴步进单元实现了GPU的三角形的光栅化步进，同时能够为X轴扫描单元分配资源，用于第二方向扫描单元和第三方向扫描单元控制检测元素沿X轴的扫描，满足了GPU三角形光栅化扫描的要求，同时提高了GPU三角形光栅化扫描的性能，加快了三角形光栅化扫描的速度。

本发明实施例提供的三角形光栅化扫描结构，采用SystemC建模语言，可以摆脱传统信号级别的硬件描述，使用丰富的数据结构进行硬件的高层次行为、时序的抽象。

本发明实施例提供的三角形光栅化扫描结构，采用TLM的基于面向对象的接口多态性机制，避免了硬件电路单元之间繁琐的信号连接描述，可以快速对模型进行适应性修改；

通过本发明实施例提供的三角形光栅化扫描结构，可以快速的开发反映硬件架构、时序信息的模型，用于系统架构阶段的性能评估和结构探索；

通过本发明实施例提供的三角形光栅化扫描结构，可以为项目后期的RTL设计提供验证模型。

需要说明的是，本实施例将第一方向设置为Y轴正向，同样的按照本实施例的结构将第一方向设置为Y轴负向，也可以实现GPU三角形光栅化扫描结构，再次不在赘述，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地想到将第一方向设置为Y轴负向，从而实现GPU三角形光栅化扫描结构，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于TLM的三角形光栅化扫描结构，其特征在于，包括：

初始化单元，通过事物级端口连接数据获取单元，用于根据三角形数据信息获取X轴起始坐标、Y轴检测范围，所述Y轴检测范围为[Ymin，Ymax]，Ymin＝min(y0，y1，y2)，Ymax＝max(y0，y1，y2)，y0、y1、y2分别为所述三角形三个顶点的坐标，且当y0≠y1≠y2时，若Ymin＝y0，则X_scan_start＝x0，若Ymin＝y1，则X_scan_start＝x1，Ymin＝y2，则X_scan_start＝x2，当y0＝y1≠y2时，若Ymin＝y0＝y1，则判断x0与x1的大小，若x1>x0，则X_scan_start＝x0，若x1<x0，则X_scan_start＝x1，若Ymin＝y2，则X_scan_start＝x2，当y0≠y1＝y2时，若Ymin＝y1＝y2，则需要判断x1与x2的大小，若x2>x1，则X_scan_start＝x1，若x2<x1，则X_scan_start＝x2，若Ymin＝y0，则X_scan_start＝x0，当y0＝y2≠y1时，此时若Ymin＝y0＝y2，则判断x0与x2的大小，若x2>x0，则X_scan_start＝x0，若x2<x0，则X_scan_start＝x2，若Ymin＝y1，则X_scan_start＝x1，其中，X轴起始坐标记为X_scan_start；

Y轴步进单元，通过事物级端口连接所述初始化单元，用于对每一行的X轴进行使能标识，并根据所述Y轴检测范围控制检测元素沿第一方向的步进，所述第一方向为Y轴正向或者Y轴负向；

若干X轴扫描单元，分别通过事物级端口连接所述Y轴步进单元，若干所述X轴扫描单元用于接收使能标识，接收到所述使能标识的所述X轴扫描单元的所述X轴扫描单元在对应控制的X轴使能时，若干所述X轴扫描单元根据所述X轴起始坐标对应控制所述检测元素沿X轴进行并行扫描；

所述Y轴步进单元，还用于接收X轴扫描单元在Y轴检测范围内的某个Y坐标下，X轴扫描单元沿X轴的扫描结束时所输出的完成标记信号，当Y轴步进单元接收到所述完成标记信号后，控制所述检测元素沿所述第一方向步进设定距离，以对下一个Y坐标所对应的X轴进行扫描，直至超出所述Y轴检测范围，则扫描结束。

2.根据权利要求1所述的光栅化扫描结构，其特征在于，所述X轴扫描单元包括：

第二方向扫描单元，通过与门连接所述Y轴步进单元，用于根据所述使能标识和所述X轴起始坐标控制检测元素沿第二方向的扫描；

第三方向扫描单元，通过与门连接所述Y轴步进单元，用于根据所述使能标识和所述X轴起始坐标控制检测元素沿第三方向的扫描。

3.根据权利要求2所述的光栅化扫描结构，其特征在于，所述第二方向扫描单元还用于通过与门向所述Y轴步进单元提供所述检测元素的第一完成标记。

4.根据权利要求2所述的光栅化扫描结构，其特征在于，所述第三方向扫描单元还用于通过与门向所述Y轴步进单元提供所述检测元素的第二完成标记。

5.根据权利要求1所述的光栅化扫描结构，其特征在于，所述Y轴步进单元为FSM。

6.根据权利要求1所述的光栅化扫描结构，其特征在于，还包括：

数据获取单元，通过事物级端口连接所述初始化单元，用于获取所述三角形数据信息。

7.根据权利要求6所述的光栅化扫描结构，其特征在于，所述数据获取单元为FIFO。

8.根据权利要求1所述的光栅化扫描结构，其特征在于，所述X轴扫描单元还用于提供有效坐标数据。

9.根据权利要求8所述的光栅化扫描结构，其特征在于，还包括：

数据接收单元，通过事物级端口连接所述X轴扫描单元，用于光栅化所述有效坐标数据。

Images