Hardware Implementation of Rasterizer with SIMD Architecture Applicable to Mobile 3D Graphics System

모바일 3차원 그래픽스 시스템에 적용 가능한 SIMD 구조를 갖는 래스터라이저의 하드웨어 구현

In this paper, we describe research results of developing hardware rasterizer that is applicable to mobile 3D graphics system, designed in SIMD architecture and verified in FPGA. Tile-based scan conversion unit is designed like SIMD architecture running four tiles simultaneously and each tile traverses pixels hierarchical in 3-level so that visiting counts is minimized. As experimental results, $8{\times}8$ is the most efficient size of tile and the last step of tile traversing is performed on $2{\times}2$ sized subtile. The rasterizer supports flat shading and gouraud shading and texture mapper supports affine mapping and perspective corrected mapping. Also, texture mapper supports point sampling mode and bilinear interpolating sampling mode and two types of wrapping modes and various blending modes. The rasterzer operates as 120Mhz on xilinx vertex4 $l{\times}100$ device. To easy verification, texture memory and frame buffer are generated as block rom and block ram.

본 논문에서는 모바일 3차원 그래픽스 시스템에 적용 가능한 SIMD 구조를 갖는 래스터라이저를 하드웨어로 구현하고 FPGA로 검증한 내용을 기술한다. 타일 기반의 스캔 컨버전 회로는 4개의 타일이 동시에 동작하는 SIMD 구조를 따르며 각 타일은 3단계의 계층적 탐색을 통해 타일 내의 방문횟수를 최소화 한다. 실험을 통해 $8{\times}8$ 크기의 타일이 가장 효율적인 것으로 판단되었으며, 계층적 탐색의 마지막 단계에는 $2{\times}2$ 크기의 서브타일을 탐색하게 된다. 플랫 쉐이딩과 고라우드 쉐이딩을 지원하며, 텍스쳐 매핑 회로는 어파인 매핑과 원근보정이 적용된 매핑을 지원한다. 또한 텍스쳐 매핑 회로의 필터링 모드는 포인트 샘플링 방식과 2차 선형 보간 방식을 지원하며, 두 가지의 wrap 모드와 다양한 블렌딩 모드를 지원하도록 설계되어 있다. Xilinx Vertex4 LX100 디바이스를 기준으로 약120Mhz의 동작 속도를 가지며 텍스쳐 메모리와 프레임 버퍼는 검증을 용이하게 하기위해 블록 램으로 설계되었다.