基于嵌入式Linux系统的数字电视GUI图形加速设计

摘要

在电视市场上，大屏幕平板电视已经成为主流，相对于一些其他的手持嵌入式设备如手机、多媒体播放器和DVD播放机等，大屏幕电视对GUI的要求更高。这主要是由于电视的高分辨率造成的，以现在市场主流的42寸且支持1080P输出的电视为例，其分辨率一般是1080×1920；而常见的QVGA分辨率手机，分辨率为240×320，前者的像素数是后者的27倍。这意味着，用户界面上设计出相同的效果，在电视上会消耗更多的CPU运算量，这对嵌入式系统中的计算功能较弱的CPU来说是沉重的负担。
　　 可以说大屏幕电视，相对于其他嵌入式设备，更迫切的需要高性能的GUI。因此，如何以较低的代价提高嵌入式GUI系统的效能是一个值得研究的课题。本文就将讨论一种解决方案：通过使用独立的硬件图像加速模块将CPU从这些运算中解放出来，代替CPU做这些运算量大，但逻辑较简单的工作，试图在低成本的前提下提高系统的图形性能。
　　 本文从分析GUI系统中绘图操作的特点开始，设计出一个基于流水线架构的图形加速器，并提出一种分层驱动设计模式，使图形加速器在不同GUI系统中有良好的移植性。通过在一个实际系统中测试，说明图形加速器确实达到了提高系统图形性能的目标。本系统目前已在某款已上市的数字电视芯片中应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 嵌入式系统

1.2 嵌入式操作系统和嵌入式Linux系统

1.3 嵌入式Linux系统上的GUI发展概述

1.4 课题的意义

1.5 本文主要工作及章节安排

第二章 基于Linux系统的GUI中图形加速分析

2.1 嵌入式GUI分析

2.1 嵌入式GUI通用架构设计规则

2.1.2 帧缓冲设备简介

2.1.3 基于帧缓冲设备的图形抽象层构建

2.2 GUI中绘图操作的分解

2.2.1 基本的绘图操作

2.2.2 图形加速的必要性分析

2.2.3 绘图操作的分解

2.3 图形加速功能分析

2.3.1 图形加速设计方案

2.3.2 利用图形加速进行绘图操作

第三章 基于流水线架构的图形加速器的设计

3.1 图形加速器与DMA

3.1.1 图形加速器的基本功能

3.1.2 DMA传输和DMA控制器

3.1.3 图形加速器与DMA

3.2 图形加速引擎的架构设计

3.2.1 图形加速引擎的接口设计

3.2.2 图形加速引擎的流水线设计

3.2.3 图形加速引擎的模块划分

3.3 图形加速引擎中的主要模块设计

3.3.1 命令结构和命令存储器

3.3.2 DMA请求裁决器

3.3.3 高速Alpha混合运算模块设计

3.3.4 子块传输和数据反转传输

3.3.5 直线绘制的Bresenham算法

3.4 图形加速器的工作方式分析

第四章 图形加速功能的集成和测试

4.1 图形加速器的驱动程序设计

4.1.1 Linux系统驱动程序设计

4.1.2 图形加速器的驱动程序设计

4.2 图形加速功能的可行性分析

4.2.1 Linux系统中虚拟内存机制

4.2.2 Framebuffer设备内存的扩展

4.3 图形加速功能的测试

4.3.1 测试系统介绍

4.3.2 加速功能测试

4.3.3 实际系统的图形功能

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的学术论文