KR100617232B1 - 그래픽 데이터 처리 장치 - Google Patents

Abstract

그래픽 데이터 처리 장치에 관한 것으로, 외부에서 입력되는 명령 코드를 미리 해석하여 소스 데이터(Sour

ce data)와 목적지 데이터(Destination data)를 분할 또는 어느 하나를 선택적으로 저장하는 읽기FIFO(ReadFIFO:Read First In First Out)와, 읽기FIFO에 저장되어 있는 데이터를 소스 데이터와 목적지 데이터로 각각 분리하여 출력하는 데이터 분배기(de-multiplexor)와, 데이터 분배기에서 출력된 소스 데이터를 정렬하는(align) 배럴 쉬프터(barrel shifter)와, 배럴 쉬프터에서 정렬된 데이터와 데이터 분배기에서 출력된 목적지 데이터를 컬러 연산 및 래스터(raster) 연산을 통해 조합하는 연산부와, 연산부에서 조합된 최종 데이터를 임시 저장하는 기록FIFO(WriteFIFO)와, 외부에서 입력되는 첫 번째 워드와 마지막 워드의 바이트 마스크(byte mask) 값에 따라 기록FIFO에 저장되어 있는 데이터를 선택적으로 저장하는 외부 메모리를 포함하여 구성된다. 따라서, 그래픽 데이터 처리 장치에 사용되는 FIFO의 수를 줄여서 보다 효율적인 구조의 그래픽 데이터 처리 장치를 구현할 수 있다.

그래픽 데이터 처리 장치

Description

그래픽 데이터 처리 장치{Graphic Data processing Unit}

도 1은 종래의 그래픽 데이터 처리 장치의 블록도.

도 2a 내지 도 2c는 그래픽 데이터 처리 장치의 연산 데이터 경로를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 바이트 마스크의 일례를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 투명 소스 비교(transparent source compare)를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 하나의 FIFO를 소스 데이터FIFO와 목적지 데이터FIFO 2개로 나누어 사용하는 경우의 타이밍도.

도 6은 본 발명에 따른 그래픽 데이터 처리 장치의 블록도.

본 발명은 그래픽 엔진(graphic engine)에 관한 것으로, 특히 그래픽 데이터 처리 장치(GDU:Graphic Data processing Unit)에 관한 것이다.

그래픽 데이터 처리 장치(GDU)의 역할은 그래픽 알고리즘 장치(GAU:Graphic Algorithm Unit)로부터 선(line), 사각형(rectangle), 영역 복사(area copy), 문자(text) 등의 프리미티브(primitive)에 관한 명령(command)을 받아서, 정해진 프레임 메모리(frame memory) 내의 특정 위치에 새로운 데이터를 생성하여 기록(write)하거나, 프레임 메모리에 있는 데이터를 읽어서 다른 위치로 단순히 옮기거나, 기존의 프레임 메모리 데이터를 읽어들여 수정을 가한 후, 원래 위치나 다른 위치로 옮기는 역할을 하는 장치이다.

도 1은 이러한 종래의 그래픽 데이터 처리 장치 구조를 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전체적인 그래픽 데이터 처리 장치의 동작을 살펴보면, 그래픽 데이터 처리 장치에서 처리하고자 하는 데이터는 32비트(bit) 또는 64비트의 워드(word)단위이기 때문에, 먼저 배럴 쉬프터(barrel shifter)(13)를 이용하여 소스 데이터(SrcData:source data)와 목적지 데이터(DstData:destination data)의 얼라인(align)을 맞춘다.

그리고, 이렇게 얼라인을 맞춘 데이터를 사용하여 컬러 연산(color operation)과 래스터 연산(raster operation)을 수행한 후, 최종 데이터를 기록FIFO(WriteFIFO)에 임시로 저장했다가, 이 데이터를 프레임 메모리에 기록한다.

여기서, 바이트 마스크(byte mask)는 한 워드의 어느 특정한 바이트를 기록하지 않을 경우, 또는 컬러 연산(color operations)의 투명 소스 비교(transparent source compare)를 할 경우에 메모리에 기록해야 할 바이트와 기록하지 않을 바이트를 결정하는데 사용된다.

그리고, 래스터 연산기(raster operator)(15)는 컬러 연산한 데이터와 기록하고자 하는 위치의 데이터인 목적지 데이터(Dstdata:destination data)와의 조합(combination) 연산을 수행하는 블록이다.

또한, FIFO(First In First Out)는 데이터 처리나 정보 처리 등에 있어서, 대기 시간이 있는 경우, 먼저 기억된 데이터나 먼저 온 명령을 먼저 꺼내거나 처리를 마치는 방식이다.

이상의 구조에서 살펴보면, 그래픽 데이터 처리 장치는 3가지의 연산 데이터 경로(data path)를 가진다.

첫째, 새로운 데이터를 생성하여 메모리에 기록하는 경우가 있다.

둘째, 다른 위치로 데이터를 옮기는 경우가 있다.

셋째, 데이터를 읽고 수정하여 기록하는 경우(read modified write)가 있다.

첫 번째 경우, 최소한 바이트 마스크 FIFO(ByteMaskFIFO)(11)와 목적지 기록 FIFO(DstWriteFIFO)(17)의 2개의 FIFO가 필요하게 된다.

그리고, 래스터 연산을 하는 경우에는 목적지 데이터 FIFO(DstDataFIFO)(16)도 필요하므로, 동작을 위해서는 3개의 FIFO가 필요하다.

두 번째와 세 번째 경우, 소스 데이터(source data)를 읽어 들여야하므로, 소스 데이터 FIFO(SrcDataFIFO)(12)도 사용하여 4개의 FIFO가 필요하다.

도 2a 내지 도 2c는 위의 3가지 동작을 그림으로 표현한 도면이다.

도 2a 내지 도 2c에 도시한 바와 같이, 도 2a는 새로운 데이터를 생성하는 경우이고, 도 2b는 기존의 데이터를 복사하여 다른 위치로 옮기는 경우이며, 도 2c 는 기존의 데이터를 읽고 수정하여 다시 기록하는 경우이다.

이와 같이, 종래의 그래픽 데이터 처리 장치는 소스 데이터를 저장해야 하는 SrcDataFIFO(12)와, 읽고 수정하여 기록하는(RMW:Read Modified Write) 경우에 필요한 DstDataFIFO(16), ByteMaskFIFO(11), DstWriteFIFO(17)의 총 4개의 FIFO를 필요로 한다.

이 중에, ByteMaskFIFO(11)에 대하여 자세히 살펴보면, 바이트 마스크(byte mask)는 워드 데이터를 정해진 화소 단위로 기록할 것인지 아닌지를 결정하기 위한 인자로 사용하는 것으로, 메모리 인터페이스 블록(memory interface block)(18)에서 이러한 바이트 마스크의 값을 보고 해당 워드의 바이트 단위 기록 여부를 결정한다.

예를 들어, 64비트 워드(64bit-word)의 경우 그래픽 엔진이 8bpp(bit per pixel)의 화소 깊이(depth)를 처리하는 경우에, 한 워드에 해당하는 바이트 마스크는 8비트가 필요하게 된다.

그리고, 그래픽 엔진이 2bpp의 화소 깊이를 지원하는 경우는 각 화소에 대하여 기록 여부를 결정해야 하므로 32비트의 바이트 마스크가 필요하게 된다.

그러므로, ByteMaskFIFO(11)의 폭(width)은 그래픽 엔진이 지원하는 화소 깊이에 의하여 결정된다.

블록 복사(block copy) 명령에서 컬러 연산 명령 중 하나인 투명 소스 비교(Transparent Source Compare)의 경우를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 복사하고자 하는 소스 데이터를 SrcDataFIFO(12)에서 읽어들인 후, 컬 러 연산 블록에서 각 화소의 기록 여부를 결정하게 되고, 이 결정된 값이 바이트 마스크 값으로 결정된다.

만약, 래스터 연산이 필요한 경우는, 목적지 데이터를 DstDataFIFO(16)로부터 읽어들여서, 컬러 연산을 거친 데이터와 래스터 연산을 하게 되고, 래스터 연산이 필요하지 않은 경우는, DstDataFIFO(16)에서 읽어들인 목적지 데이터가 래스터 연산기에서 바이패스(bypass)되어 DstWriteFIFO(17)에 임시로 저장된다.

그리고, 이 데이터는 최종적으로 워드의 바이트 마스크 값을 참조하여 프레임 메모리에 기록하는 데이터 경로를 가지게 된다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 그래픽 데이터 처리 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

각 워드마다 바이트 마스크를 필요로 하여 ByteMaskFIFO가 있어야 하고, SrcDataFIFO와 DstDataFIFO가 각각 따로 존재하여 시스템 내의 FIFO 수가 많은 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, FIFO를 효율적으로 사용하여 FIFO의 수를 줄인 그래픽 데이터 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 그래픽 데이터 처리 장치의 특징은 외부에서 입력되는 명령 코드를 미리 해석하여 소스 데이터(Source data)와 목적지 데이터(Destination data)를 분할 또는 어느 하나를 선택적으로 저장하는 읽기FIFO(ReadFIFO:Read First In First Out)와, 읽기FIFO에 저장되어 있는 데이터를 소스 데이터와 목적지 데이터로 각각 분리하여 출력하는 데이터 분배기(de-multiplexor)와, 데이터 분배기에서 출력된 소스 데이터를 정렬하는(align) 배럴 쉬프터(barrel shifter)와, 배럴 쉬프터에서 정렬된 데이터와 데이터 분배기에서 출력된 목적지 데이터를 컬러 연산 및 래스터(raster) 연산을 통해 조합하는 연산부와, 연산부에서 조합된 최종 데이터를 임시 저장하는 기록FIFO(WriteFIFO)와, 외부에서 입력되는 첫 번째 워드와 마지막 워드의 바이트 마스크(byte mask) 값에 따라 기록FIFO에 저장되어 있는 데이터를 선택적으로 저장하는 외부 메모리를 포함하여 구성되는데 있다.

여기서, 명령 코드는 새로운 데이터를 생성하는 명령 코드와, 기존의 데이터를 다른 위치로 옮기는 명령 코드와, 기존의 데이터를 수정하여 재 기록하는 명령코드 중 어느 하나이다.

또한, 읽기FIFO에 저장되어 있는 소스 데이터와 목적지 데이터는 워드 단위로 서로 번갈아 가면서 읽는다.

그리고, 연산부는 상기 소스 데이터를 컬러(color) 연산하는 제 1연산기(operator)와, 제 1연산기에서 연산된 소스 데이터와 목적지 데이터를 래스터(raster) 연산하는 제 2연산기(operator)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 특징에 따르면 그래픽 데이터 처리 장치에 사용되는 FIFO의 수를 줄여서 보다 효율적인 구조의 그래픽 데이터 처리 장치를 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 그래픽 데이터 처리 장치의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 바이트 마스크를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 바이트 마스크 FIFO(ByteMaskFIFO)는 64비트-워드에서 8bpp의 데이터를 처리하고자 하는 경우, 1-워드에는 8개의 화소가 포함되어 있다.

예를 들어, 2, 5번 화소만 프레임 메모리에 기록하고자 하는 경우, 바이트 마스크에 의해서 원하는 2, 5번 바이트만 기록된다.

바이트 마스크가 필요한 이유는 크게 2가지의 경우로 나눌 수가 있다.

첫째, 그래픽 엔진은 화소 단위로 데이터를 생성하고, 메모리는 워드 단위로 데이터를 처리하는 것과 같은 데이터 단위의 차이에 따른 문제점 때문이다.

둘째, 그래픽 엔진 내에서 컬러 연산의 투명 소스 비교(TSC)의 경우인데, 이 경우 매 화소마다 데이터를 비교하여 기록 여부를 결정해야 하기 때문이다.

본 발명에서 제안하는 ByteMaskFIFO 없이도 데이터 기록 가능한 방법은 다음과 같다.

워드 단위로 데이터를 처리하는 경우에 기인한 문제는 매 명령마다 처음 워드의 바이트 마스크(Start-ByteMask)와 마지막 워드의 바이트 마스크(End-ByteMask)를 포트(port)입력으로 받으면서 해결할 수 있다.

한 워드만 기록하는 명령의 경우(주로, 프리미티브가 점이나 선인 경우)에는, 포트입력으로 받은 Start-ByteMask만 있으면 되므로, 문제를 쉽게 해결할 수 있다.

그리고, 여러 개의 워드를 한꺼번에 프레임 메모리에 기록하는 경우에는, 투명 소스 비교(TSC)가 아닌 경우에 처음 워드와 마지막 워드를 제외한 중간 부분의 워드는 모두 기록해야 하는 경우이기 때문에, 바이트 마스크를 다 기록 활성(active)('1')으로 가정하면 된다.

도 4는 투명 소스 비교의 경우를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 컬러 연산의 투명 소스 비교(TSC)의 경우에는 매 화소마다 바이트 마스크 값이 바뀔 수 있기 때문에, 이 경우는 미리 목적지 데이터를 읽어 들여서 소스 데이터와 목적지 데이터를 컬러 연산 블록에서 비교 컬러와 화소 단위로 비교하여 선택하게 하는 방법으로 해결할 수 있다.

이상의 방법으로 본 발명에 따른 그래픽 데이터 처리 장치는 ByteMaskFIFO없이도 데이터의 처리가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 그래픽 데이터 처리 장치는 여러 명령을 미리 해석하여 읽기 데이터FIFO(Read data FIFO)를 하나 없애어, 하나의 읽기FIFO만을 사용한다.

입력 명령의 종류에 따라, 하나의 읽기FIFO가 SrcDataFIFO로 사용되기도 하고, DstDataFIFO로 사용되기도 하며, SrcDataFIFO와 DstDataFIFO 둘 다로 사용되기도 한다.

우선, 입력 명령이 새로운 데이터 생성인 경우에는, 소스 데이터가 저장되는 SrcDataFIFO는 필요가 없다.

이 경우에 래스터 연산기에서 외부 입력인 래스터 연산 코드를 살펴보면, DstDataFIFO의 필요 여부가 결정된다.

목적지 데이터가 필요한 래스터 연산 코드인 경우, 종래의 방법과 같이 하나의 읽기FIFO를 DstDataFIFO로 사용한다.

그리고, 외부 입력 명령인 래스터 연산 코드, 컬러 연산 코드, 프리미티브들을 해석해서 소스 데이터만 필요한 경우(블록 복사, 문자 등)에는, 사용하는 하나의 읽기FIFO를 종래의 방법과 마찬가지로 SrcDataFIFO로만 사용한다.

마지막으로, 소스 데이터와 목적지 데이터가 다 필요한 경우에는 주어진 하나의 FIFO를 반으로 나누어서 반은 SrcDataFIFO로 사용하고, 나머지는 DstDataFIFO로 사용하게 된다.

FIFO구조에서는 소스 기준 주소(source base address)는 '0'이 되고, 목적지 기준 주소는 (FIFO_depth/2)의 값을 가지게 된다.

이러한 FIFO에 데이터를 기록하는 경우는 각 기준 주소로부터 기록을 하면 된다.

따라서, 본 발명은 구조적으로 FIFO의 깊이를 2배로 한 것이 아니라, 종래의 FIFO 깊이와 같게 한 것이다.

그리고, 입력 명령에 따라서 FIFO를 SrcDataFIFO나 DstDataFIFO로 사용하고, 어떤 경우에는 FIFO를 내부적으로 2개로 나누어서 SrcDataFIFO와 DstDataFIFO를 같 이 사용하는 방법을 이용함으로써, FIFO 하나를 없애는 것이다.

도 5는 하나의 FIFO를 SrcDataFIFO와 DstDataFIFO 2개로 나누어 사용하는 경우의 타이밍도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, FIFO에서 데이터를 읽는 경우는 읽기 주소(raddr)는 소스 데이터(SrcData)의 주소(sa)와 목적지 데이터(DstData)의 주소(da)를 토글(toggle)하면서 가리키게 된다.

그리고, FIFO에서 나오는 워드-데이터(word-data)는 셀렉트(select) 신호를 이용하여 소스 워드-데이터(srcdata)와 목적지 워드-데이터(dstdata)로 분리된다.

이러한 방법으로 분리된 srcdata와 dstdata를 가지고 종래의 방법과 마찬가지로 다음 연산인 컬러 연산이 래스터 연산을 수행할 수 있다.

도 6은 이상과 같은 본 발명에서 제안하는 그래픽 데이터 처리 장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 위에서 설명한 그래픽 데이터 처리 장치는 하나의 읽기FIFO(ReadFIFO)(61)에 저장되어 있는 소스 데이터와 목적지 데이터를 데이터 분배기(de-multiplexor)(62)에서 분배한다.

그리고, 분배돤 소스 데이터와 목적지 데이터를 배럴 쉬프터(63)에서 정렬(align)하고, 정렬된 데이터를 사용하여 컬러 연산과 래스터 연산을 각각의 연산기(64, 65)에서 수행한다.

이 후, 연산된 최종 데이터를 기록FIFO(66)에 임시로 저장했다가, 메모리 인터페이스 블록(67)을 통해 프레임 메모리에 기록된다.

따라서, 종래에 사용되었던 ByteMaskFIFO를 사용하지 않고, 또한, 하나의 읽기FIFO만을 사용하여 그래픽 데이터를 처리할 수 있는 장치를 구현할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 그래픽 데이터 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

그래픽 데이터 처리 장치의 입력으로 들어오는 여러 명령을 미리 해석하여, 많은 게이트 크기(gate size)를 가지는 FIFO 2개를 줄임으로써, 칩의 크기를 대폭 줄일 수 있다.

또한, 여러 가지 기능을 가지는 칩의 구현 시 게이트 크기가 적으므로, 전체 칩의 집적도를 향상할 수 있고, 각종 디지털 영상 신호처리 칩에 쉽게 적용시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 외부에서 입력되는 명령 코드를 미리 해석하여 소스 데이터(Source data)와 목적지 데이터(Destination data)를 분할 또는 어느 하나를 선택적으로 저장하는 읽기FIFO(ReadFIFO:Read First In First Out)와;

   상기 읽기FIFO에 저장되어 있는 데이터를 소스 데이터와 목적지 데이터로 각각 분리하여 출력하는 데이터 분배기(de-multiplexor)와;

   상기 데이터 분배기에서 출력된 소스 데이터를 정렬하는(align) 배럴 쉬프터(barrel shifter)와;

   상기 배럴 쉬프터에서 정렬된 데이터와 상기 데이터 분배기에서 출력된 목적지 데이터를 컬러 연산 및 래스터(raster) 연산을 통해 조합하는 연산부와;

   상기 연산부에서 조합된 최종 데이터를 임시 저장하는 기록FIFO(WriteFIFO)와;

   외부에서 입력되는 첫 번째 워드와 마지막 워드의 바이트 마스크(byte mask) 값에 따라 상기 기록FIFO에 저장되어 있는 데이터를 선택적으로 저장하는 외부 메모리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그래픽 데이터 처리 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 명령 코드는 새로운 데이터를 생성하는 명령 코드와, 기존의 데이터를 다른 위치로 옮기는 명령 코드와, 기존의 데이터를 수정하여 재 기록하는 명령코드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그래픽 데이터 처리 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 읽기FIFO에 저장되어 있는 상기 소스 데이터와 목적지 데이터는 워드 단위로 서로 번갈아 가면서 읽는 것을 특징으로 하는 그래픽 데이터 처리 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 연산부는 상기 소스 데이터를 컬러(color) 연산하는 제 1연산기(operator)와,

   상기 제 1연산기에서 연산된 소스 데이터와 상기 목적지 데이터를 래스터(raster) 연산하는 제 2연산기(operator)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그래픽 데이터 처리 장치.

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