面向移动终端的Linux三维图形硬件渲染技术与应用研究

摘要

随着多媒体技术的发展，三维图形应用的日益广泛，人们对个人电脑特别是手持设备的三维图形处理能力提出了更高的要求。原有的三维图形处理方式通常占据了大量的 CPU资源，对于较大型三维图形应用不能提供流畅的三维图形渲染效果，同时也给系统带来较大的功耗。为了显著的提高三维图形渲染性能，伴随硬件芯片技术的革新，三维图形硬件加速技术的研究成为热点，其迅速发展与深入研究亦将为实现三维图形大型应用的流畅渲染、提高系统性能提供重要的技术支撑。相比个人电脑，手持设备对系统资源和功耗的要求更加严格，使用低功耗的 GPU去实现三维图形硬件渲染将是一个比较好的选择。
　　 基于 Windows环境的三维图形硬件渲染技术发展较早，但基于Linux环境的相关技术尚研究不够，因此没有相对成熟和业界普遍认可的解决方案。本课题通过对 GPU硬件加速技术的研究，以基于Linux系统的 OpenGL应用程序接口为基础，深入分析 Linux三维图形硬件渲染技术，并以 I公司的 P显卡芯片组为硬件环境，设计和实现了 Linux三维图形硬件渲染驱动程序。
　　 本文分析了 GPU硬件加速技术的基本原理和工作机制；重点研究了三维图形显卡驱动的系统架构，顶点处理单元以及显存管理单元原理与功能；最后进行了较为详尽的测试工作，并探讨了三维图形硬件渲染技术的应用领域，并通过设计与实现本系统模型，证明了此系统在移动终端设备上进行三维图形处理的可行性和优势。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 工作内容和成果

1.3 论文结构

第二章 系统原理概述

2.1 三维图形绘制成像原理

2.1.1 三维图形渲染模型

2.1.2 三维图形渲染流程

2.2 GPU硬件加速技术

2.2.1 GPU硬件加速技术的产生和发展

2.2.2 GPU硬件加速技术在三维图形处理中的应用

2.2.3 GPU三维图形硬件加速原理

2.3 LINUX下的三维图形应用程序接口

2.3.1 X图形系统原理

2.3.2 Linux操作系统下的三维图形系统架构

2.3.3 OpenGL三维绘图规范

2.3.4 Driect Rendering Infrustructure原理

2.3.5 Framebuffer原理

2.4 LINUX下的显卡驱动开发体系

2.4.1 Linux驱动开发体系

2.4.2 Linux驱动与上层应用程序的通信机制

2.4.3 Gallium3D显卡驱动架构

2.4.4 DRM管理架构

第三章 Linux三维图形显卡驱动程序的设计和实现

3.1 显卡处理单元功能与架构分析

3.1.1 显卡处理单元功能分析

3.1.2 显卡处理单元架构分析

3.2 驱动程序体系结构设计

3.2.1 总体体系结构设计

3.2.2 三维图形处理模块的体系结构设计

3.2.3 内存管理体系结构设计

3.3 三维图形处理模块的原理与实现

3.3.1 三维图形处理模块的数据结构

3.3.2 三维图形渲染管道线的原理与实现

3.3.3 （）点渲染阶段流程

3.3.4 顶点渲染阶段的编译过程

3.3.5 顶点渲染阶段的装载过程

3.4 显存管理模块的原理与实现

3.4.1 显存管理原理

3.4.2 TTM显存管理原理

3.4.3 TTM显存管理的数据结构

3.4.4 TTM显存管理的同步机制

第四章 系统实现结果与应用研究

4.1 系统实现结果分析

4.1.1 测试用例的设计与选择

4.1.2 测试结果与分析

4.2 LINUX 3D硬件加速驱动程序测试技术研究

4.2.1 测试工具研究

4.2.2 自动化测试原理

4.33D硬件加速技术的应用领域

4.3.1 在移动终端上的应用

4.3.2 基于硬件渲染的桌面窗口系统的应用

4.3.3 在3D游戏中的应用

第五章 结论与展望

5.1 本文总结

5.2 发展与展望

参考文献

附录1 测试数据

致谢

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