Design of an effective control and execution method for geometry engines and rasterizers within embedded 3D graphics accelerators : 내장형 3차원 그래픽 가속기를 위한 지오메트리 프로세서와 레스터라이저의 설계
저자
발행사항
Seoul : The Graduate School Yonsei University, 2003
학위논문사항
Thesis(doctoral)-- The Graduate School Yonsei University : Department of Computer Science 2004. 2
발행연도
2003
작성언어
영어
주제어
KDC
551.11 판사항(4)
발행국(도시)
대한민국
형태사항
ix, 114p. : Illustrations ; 26cm .
일반주기명
지도교수: Tack-Don Han
Bibliographical references: p. 106-112
소장기관
3차원 그래픽 하드웨어는 컴퓨터산업에서 주요한 응용분야 중에 하나이며, 내장형 시스템이나 휴대용 기기에 있어서도 그 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 고성능 PDA, 휴대용 게임기, 멀티미디어 단말기 등의 내장형 기기를 위한 3차원 그래픽 가속기를 설계하는데 있어서는 소모전력, 크기, 입출력장치 등에 대한 물리적인 제한이 따르게 된다. 그리고, 이러한 제한점은 내장형기기의 응용분야에 따라 다르기 때문에 3차원 그래픽 처리를 위한 지오메트리 프로세서와 레스터라이저에 대해 재설계가 필요하다.
본 논문에서는 3차원 그래픽 가속기의 주요한 구성요소인 부동소수점 보조프로세서, 지오메트리 엔진, 레스터라지저를 내장형 기기에 적합하도록 재설계하고, 구현하였다. 제안된 부동소수점 보조프로세서와 벡터 지오메트리 엔진은 지오메트리 프로세싱을 가속하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 부동소수점 보조 프로세서는 화면 해상도가 작고, 3차원 모델 데이터가 적게 사용되는 휴대용 3차원 기기의 지오메트리 처리에 사용될 수 있다. 벡터 지오메트리 엔진은 더 많은 3차원 모델 데이터가 필요한 응용분야에 적용될 수 있다. 또한, 설계된 레스터라이저는 휴대용 기기의 3차원 그래픽 처리에 이용될 수 있다.
제안하는 부동소수점 보조 프로세서는 제한점기반 동적스케줄링을 이용하여 무순서 명령수행방식을 지원하며, 무순서 명령 수행을 위한 명령어 큐와 스코어 보드 레지스터가 필요하지 않으므로, 작은 면적과 적은 설계 비용의 장점이 있다. 이 보조프로세서는 스마트 폰, PDA등의 휴대용 기기를 위한 장점이 있다. 이 보조프로세서는 스마트 폰, PDA등의 휴대용 기기를 위한 저가형 지오메트리 처리기에 적용할 수 있다.
비용 효율이 높은 지오메트리 프로세서인, 벡터 지오메트리 엔진은 브로드 캐스트형 명령어와 벡터형의 명령어를 지원하며, 지오메트리 프로세싱을 효과적으로 가속할 수 있다. 제안된 벡터 지오메트리 엔진은 비슷한 하드웨어 비용을 가진 SH4 프로세서에 비해 Viewperf 벤치마크 프로그램에서 약 네배의 성능 향상이 있었고, 30%의 면적 증가가 있었다. 벡터 지오메트리 엔진은 비용 효율이 요구되는 응용분야인 내장형 3차원 그래픽 가속기의 지오메트리 처리 가속에 적용될 수 있으며, 벡터형 명령어를 이용하여 새로운 3차원 그래픽 처리에 응용이 가능하다.
설계된 내장형 3차원 그래픽 레스터라이저는 삼각형 셋업, 모서리 처리와 스팬처리 장치로 구성되어 있으며, 32비트 컬러, 32비트 깊이값과 고라우드 쉐이딩기법을 지원하고, 최대 초당 약 4백만 삼각형을 처리할 수 있다. 반복적인 파이프 라인 구조를 이용하여 레스터라이저의 설계에 요구되는 곱셈기와 덧셈기의 약 75%를 줄여으며, 파이프 라인 나눗셈기를 이용해 긴 연산 지연시간으로 발생하는 파이프 라인 스톨에 의한 성능 저하를 최소화 하였다. 또한 반복적인 파이프 라인 구조의 제어를 위해 하드웨어 핸드쉐이킹 기법을 적용하여, 스팬처리와 모서리 처리에 필요한 많은 반복처리를 효과적으로 제어할 수 있었다. 설계된 레스터라이저는 자동화된 검증환경을 구축하여 설계를 검증하였으며, FPGA보드상에서 구현 및 테스트하였다.
Three-dimensional graphics system is one of the major applications in the computer industry. The requirements of 3D graphics hardware are steadily increasing in the post-PC applications. In the design of the 3D graphics accelerator for embedded devices such as high performance PDAs, portable 3D game console, and smart phones, some physical limitations must be considered; power, size, and type of input device. In addition, these limitations vary across applications. Therefore, major 3D graphics hardware like geometry processor and rasterizer should be redesigned for each application.
In this dissertation, the three major components of 3D graphics accelerator was re-designed and implemented for the embedded 3D graphics system. Three major components are consisted of floating-point coprocessor, vector geometry engine, and rasterizer. The proposed floating-point coprocessor and vector geometry engine could be used for geometry processing. For example, the floating-point coprocessor could be applied for mobile devices that have a small screen size and small amount of 3D model data. Vector geometry engine could be applied for the more complicated application, and rasterizer could be used for the acceleration of 3D graphics processing.
The proposed floating-point coprocessor supports outer-of-order execution and completion with constraints-based dynamic scheduling. It has an advantage of relatively small die area and low design cost because it does not need instruction queue and scoreboard register for out-of-order execution. It was verified and implemented with standard cell library.
The cost-effective geometry processor, vector geometry engine supports broad-cast type instructions and vector type instructions. It could be effectively speed up the geometry processing with those instructions. The proposed vector geometry engine has about four times more performance improvement than SH4 processor that has similar hardware cost. It could easily be used to adopt new 3D graphics algorithms.
The designed rasterizer has hardware triangle setup, edge walk and span processing units. It supports Gouraud shading with 32-bit depth values and 32-bit color. The estimated performance of the embedded 3D graphic accelerator is a maximum 4M triangles per second. About 75% of multiplier and adder requirements were reduced by using an iterative pipeline. A handshaking mechanism was used for control of the 3D graphics rasterizer, while a control scheme efficiently controls the processing of the numerous loops in rasterization. The designed 3D graphics accelerator was simulated and verified in an automated verification environment. The designed embedded 3D graphics accelerator was tested on an FPGA board.
분석정보
서지정보 내보내기(Export)
닫기소장기관 정보
닫기권호소장정보
닫기오류접수
닫기오류 접수 확인
닫기음성서비스 신청
닫기음성서비스 신청 확인
닫기이용약관
닫기학술연구정보서비스 이용약관 (2017년 1월 1일 ~ 현재 적용)
학술연구정보서비스(이하 RISS)는 정보주체의 자유와 권리 보호를 위해 「개인정보 보호법」 및 관계 법령이 정한 바를 준수하여, 적법하게 개인정보를 처리하고 안전하게 관리하고 있습니다. 이에 「개인정보 보호법」 제30조에 따라 정보주체에게 개인정보 처리에 관한 절차 및 기준을 안내하고, 이와 관련한 고충을 신속하고 원활하게 처리할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같이 개인정보 처리방침을 수립·공개합니다.
주요 개인정보 처리 표시(라벨링)
목 차
3년
또는 회원탈퇴시까지5년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한3년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한2년
이상(개인정보보호위원회 : 개인정보의 안전성 확보조치 기준)개인정보파일의 명칭 | 운영근거 / 처리목적 | 개인정보파일에 기록되는 개인정보의 항목 | 보유기간 | |
---|---|---|---|---|
학술연구정보서비스 이용자 가입정보 파일 | 한국교육학술정보원법 | 필수 | ID, 비밀번호, 성명, 생년월일, 신분(직업구분), 이메일, 소속분야, 웹진메일 수신동의 여부 | 3년 또는 탈퇴시 |
선택 | 소속기관명, 소속도서관명, 학과/부서명, 학번/직원번호, 휴대전화, 주소 |
구분 | 담당자 | 연락처 |
---|---|---|
KERIS 개인정보 보호책임자 | 정보보호본부 김태우 | - 이메일 : lsy@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0439 - 팩스번호 : 053-714-0195 |
KERIS 개인정보 보호담당자 | 개인정보보호부 이상엽 | |
RISS 개인정보 보호책임자 | 대학학술본부 장금연 | - 이메일 : giltizen@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0149 - 팩스번호 : 053-714-0194 |
RISS 개인정보 보호담당자 | 학술진흥부 길원진 |
자동로그아웃 안내
닫기인증오류 안내
닫기귀하께서는 휴면계정 전환 후 1년동안 회원정보 수집 및 이용에 대한
재동의를 하지 않으신 관계로 개인정보가 삭제되었습니다.
(참조 : RISS 이용약관 및 개인정보처리방침)
신규회원으로 가입하여 이용 부탁 드리며, 추가 문의는 고객센터로 연락 바랍니다.
- 기존 아이디 재사용 불가
휴면계정 안내
RISS는 [표준개인정보 보호지침]에 따라 2년을 주기로 개인정보 수집·이용에 관하여 (재)동의를 받고 있으며, (재)동의를 하지 않을 경우, 휴면계정으로 전환됩니다.
(※ 휴면계정은 원문이용 및 복사/대출 서비스를 이용할 수 없습니다.)
휴면계정으로 전환된 후 1년간 회원정보 수집·이용에 대한 재동의를 하지 않을 경우, RISS에서 자동탈퇴 및 개인정보가 삭제처리 됩니다.
고객센터 1599-3122
ARS번호+1번(회원가입 및 정보수정)