基于ARM+FPGA架構的三維圖形加速系統

　　本文選用S3C2410嵌入式處理器和Cyclone II系列FPGA實現圖形加速以及其他功能模塊，輔以LCD屏、串口等外圍電路實現整個圖形系統。

　　電源設計

　　本系統需要多個不同電壓值的直流電源供電，包括5V、3.3V、1.8V和1.2V。其中5V電源從外部直流電源直接引入，而其他電壓值則由5V電壓變換得到。

　　S3C2410的內核電壓為1.8V，外部I/O和存儲器電壓為3.3V。系統選用低壓差穩壓器AS1117實現這兩種電壓的轉換，固定輸出時只需三個引腳，如圖3所示。

　　圖3 1.8V電源電路

　　本文使用TPS70345為FPGA提供1.2V內核電壓和3.3V IO電壓。

　　ARM與FPGA接口電路

　　生成三維圖形時，嵌入式微處理器上運行的圖形應用程序生成三維圖形的渲染列表，并將渲染列表寫入到FPGA的渲染列表緩沖區中，等待圖形加速模塊的處理。ARM與FPGA接口電路既要保證可以完成渲染列表的寫操作，又要能夠對FPGA中總線接口模塊、圖形加速模塊、LCD控制器等的內部寄存器進行讀寫操作。接口電路如圖4所示。

　　圖4 ARM與FPGA接口電路

　　系統軟件設計

　　系統軟件架構

　　本文使用FPGA實現整個三維圖形處理流水線，由硬件完成三維圖形生成和處理。運行在操作系統上的圖形應用程序通過調用圖形API實現具體應用，而驅動程序將圖形API的調用轉換成渲染列表，從而將具體的三維圖形處理任務交給硬件完成，如圖5所示。

　　圖5 系統軟件架構

　　考慮到嵌入式圖形系統除了進行三維圖形處理之外，還應當能夠為用戶提供友好的用戶圖形操作界面，本文采用了Windows CE操作系統。