GPU中图像管线验证平台的设计与实现

摘要

随着计算机图形图像技术的发展，人们对图形处理器的性能要求也越来越高。因此，学术界和企业界非常关注高性能图形处理器设计，使得图形处理硬件设计技术得到了飞速发展。3D引擎作为图形处理器GPU的核心部分，主要用于完成三维图形图像的渲染工作。而图像管线模块作为3D引擎的重要组成部分，主要用于完成OpenGL标准所规定的图像的绘制、读取、复制、缩放、颜色替换、像素映射、纹理图像定义以及位图处理等像素操作。
　　在芯片的设计中，功能验证是相当复杂和关键的部分。为保证图像管线模块设计能够按照设计规范实现其应有的功能，本文设计了图像管线验证平台对该模块行为功能进行验证，也即功能验证。
　　本文针对GPU中图像管线模块所要完成的功能，对图像管线验证平台进行了设计与实现。首先，对图像管线的各个功能，位图绘制功能、基本图像处理功能（图像读取、图像写入和图像复制）、像素传输、像素映射、图像缩放、纹理图像定义和参数存储功能进行了详细分析，以作为搭建验证平台的基础。在此基础之上，本文搭建了具有完备图像管线模块功能的约束随机激励验证平台。该验证平台使用System Verilog语言设计，由激励生成器、图像管线模块参考模型、图像管线模块与其他功能模块的接口组件和结果比较器四部分组成。其中激励生成器可以在事务级层次直接加载约束随机激励；图像管线模块参考模型完全实现了图像管线模块所要求的功能；接口组件实现了其他模块中与图像管线相关的功能；结果比较器具有自动比对输出结果是否正确的功能，实现了平台验证结果的自动比对。
　　最后，使用搭建的验证平台对图像管线模块进行功能验证。本文首先根据图像管线功能对验证场景进行分类描述，将验证场景划分为数据传送、数据处理和参数存储三类。再对各验证场景分别进行验证，最终再随机加载多个验证场景进行验证。由验证结果及波形图分析表明，该模块各项功能正确。图像管线模块验证的功能覆盖率为100％，总的代码覆盖率超过93％，该验证平台可以满足图像管线模块的验证需求。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2课题的来源

1.3本文的组织结构

第二章 GPU中图像管线的功能分析

2.1 GPU整体结构

2.2 GPU中图像管线的功能流程

2.3位图绘制功能

2.4基本图像处理功能

2.5像素传输功能

2.6像素映射功能

2.7图像缩放功能

2.8纹理定义功能

2.9参数存储功能

2.10 本章小结

第三章 基于SV语言的图像管线验证平台设计

3.1验证平台需求

3.2激励生成器

3.3图像管线与其他模块的接口组件的设计

3.4图像管线参考模型的设计

3.5结果比较器

3.6本章小结

第四章 验证过程及结果分析

4.1验证场景描述

4.2验证结果及分析

4.3本章小节

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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