專利名稱：于圖形處理單元中提供共享屬性計(jì)算電路的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于計(jì)算機(jī)處理，尤指于圖形處理單元的像素描繪管線內(nèi)提供分享屬性計(jì)算電路的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
三維計(jì)算機(jī)繪圖的技術(shù)通常是關(guān)于產(chǎn)生或描繪(render)三維對(duì)象的二維圖像，然后將其顯示或呈現(xiàn)在如陰極射線管(cathode ray tube，CRT)或液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)的顯示設(shè)備或屏幕上，該對(duì)象可能為簡(jiǎn)單的幾何像素(primitive)，例如點(diǎn)、線段、三角形或多邊形，一些更復(fù)雜的對(duì)象可通過一系列的連接平面多角形來表示，例如可通過一系列的連接平面三角形來表示該對(duì)象，因此最終可以一頂點(diǎn)或一組頂點(diǎn)描述所有的幾何像素，而用于定義點(diǎn)的坐標(biāo)(X，Y，Z)即可代表線段的終點(diǎn)或多邊形的轉(zhuǎn)折角。
當(dāng)三維像素以二維投影的方式呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕或其它顯示設(shè)備上時(shí)，為了產(chǎn)生用以顯示的一組數(shù)據(jù)，該像素的頂點(diǎn)需經(jīng)過一系列的運(yùn)算或由圖形描繪管線內(nèi)的多個(gè)處理階段進(jìn)行處理，通常管線代表一系列串聯(lián)的處理單元或階段，其來自前一階段的輸出會(huì)做為后一階段的輸入，例如，當(dāng)圖形處理器要處理環(huán)境(context)，則可能包含的階段有每一頂點(diǎn)的運(yùn)算、像素組合運(yùn)算、像素運(yùn)算，紋理(texture)組合運(yùn)算以及網(wǎng)格化(rasterization)運(yùn)算。
請(qǐng)參閱圖1，其為已知常見像素描繪管線的方塊圖，該管線包括三角形設(shè)定(triangle setup)階段10，用以產(chǎn)生繪圖管線使用的三角幾何網(wǎng)格化相關(guān)數(shù)據(jù)，于決定該三角形數(shù)據(jù)后，屬性設(shè)定階段12產(chǎn)生已知屬性以及將于管線后階決定的所需屬性的內(nèi)插變量表，像素位置階段14則計(jì)算在三角形中的特定像素的位置相關(guān)屬性，而紋理階段16則處理三角形中的像素的紋理相關(guān)屬性，該紋理階段16可能利用多種的技術(shù)以決定紋理值，一旦決定了任一像素的紋理值，像素著色器(pixel shader)18會(huì)合并色彩組成、紋理值、霧狀以及反射(spectral)色彩組成等所有的屬性，以于繪圖管線中生成該像素的效果顏色，該處理過的數(shù)據(jù)前進(jìn)至寫回(write-back)單元20，最后儲(chǔ)存在畫面緩沖區(qū)22中。
幾個(gè)前面提及的管線階段需要屬性計(jì)算，尤其像是線性內(nèi)插技術(shù)等等，因?yàn)樗鼈冃枰獏⒖急舜说闹祦碛?jì)算屬性，所以計(jì)算這些屬性的操作是非常復(fù)雜的，本領(lǐng)域技術(shù)人員均知計(jì)算繪圖管線中的每一個(gè)像素的最終色彩值的處理程序既復(fù)雜又耗時(shí)，一種加速處理的方法是以平行方式產(chǎn)生像素，不過條件是每一個(gè)平行產(chǎn)生的像素都要有自己的電路元件以計(jì)算其屬性，此附加的電路元件雖改善效率，但卻增加了復(fù)雜度、體積和費(fèi)用，另一種加速計(jì)算的技術(shù)是群組處理具有共同屬性特性的像素，不過，本方法易受顯示圖像的本身情況以及在同一三角形或其它像素內(nèi)像素?cái)?shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性影響，導(dǎo)致不同的效能改善水準(zhǔn)。
因此，此領(lǐng)域迄今仍有需要克服以上所述的此等缺陷和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能于圖形處理單元內(nèi)提供共享屬性計(jì)算電路的系統(tǒng)和方法，于一實(shí)施例中，本發(fā)明為一種系統(tǒng)，用以在擁有多個(gè)處理階段的圖形處理單元內(nèi)計(jì)算像素屬性，該系統(tǒng)包含計(jì)算方塊，用以處理對(duì)應(yīng)于多個(gè)像素的多項(xiàng)屬性；多個(gè)先進(jìn)先出緩沖區(qū)，每一個(gè)先進(jìn)先出緩沖區(qū)均位于一個(gè)處理階段和該計(jì)算方塊之間；共享緩沖區(qū)，用以在屬性處理期間儲(chǔ)存該多項(xiàng)屬性；以及處理優(yōu)先邏輯元件，用以決定對(duì)應(yīng)于該多項(xiàng)屬性的多個(gè)優(yōu)先級(jí)。
本發(fā)明亦提供能于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的系統(tǒng)，此系統(tǒng)大體上可包含三角形設(shè)定邏輯元件，用以于繪圖管線內(nèi)決定三角形數(shù)據(jù)；屬性設(shè)定邏輯元件，用以決定對(duì)應(yīng)于該三角形數(shù)據(jù)的多項(xiàng)屬性；中央緩沖邏輯元件，于處理期間儲(chǔ)存該多項(xiàng)屬性；計(jì)算邏輯元件，用以計(jì)算從每一個(gè)處理階段得到的屬性；以及判斷電路，用以建立該計(jì)算邏輯元件的優(yōu)先級(jí)。
本發(fā)明亦提供能于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的方法，關(guān)于這點(diǎn)，此方法大體上可包括下列步驟選擇多個(gè)像素，其中每一個(gè)像素?fù)碛卸囗?xiàng)屬性；將該多項(xiàng)屬性分成多個(gè)群組，該多個(gè)群組對(duì)應(yīng)于該圖形處理單元中的多個(gè)階段；指定對(duì)應(yīng)于該多個(gè)群組的多個(gè)處理優(yōu)先級(jí)；計(jì)算方塊接收多項(xiàng)屬性；以及根據(jù)該多個(gè)優(yōu)先級(jí)計(jì)算該多項(xiàng)屬性。
本發(fā)明的系統(tǒng)、方法、特征及優(yōu)點(diǎn)可通過下列圖式及詳細(xì)說明而有更深入的了解，同時(shí)，于說明中所包含的其它系統(tǒng)、方法、特征及優(yōu)點(diǎn)亦受如附申請(qǐng)專利范圍的保護(hù)。


這里所揭露實(shí)施例的各方觀點(diǎn)可參考下列圖式以獲得更深入的了解，圖式中的元件并未限定其尺寸比例，僅用于清楚說明本發(fā)明的原則，各圖中相似的標(biāo)號(hào)代表相對(duì)應(yīng)的部分。
圖1為已知計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)中的繪圖管線內(nèi)某些元件的功能流程圖。
圖2A和圖2B說明根據(jù)笛卡兒和重心的技術(shù)計(jì)算圖形處理單元內(nèi)產(chǎn)生的三角形內(nèi)像素。
圖3為于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的一系統(tǒng)實(shí)施例的方塊圖。
圖4為于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的另一系統(tǒng)實(shí)施例的方塊圖。
圖5為于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的數(shù)據(jù)流實(shí)施例的方塊圖。
圖6為于平行處理設(shè)計(jì)中的計(jì)算方塊實(shí)施例的方塊圖。
圖7為擁有判斷邏輯元件的計(jì)算方塊實(shí)施例的方塊圖。
圖8為判斷邏輯元件實(shí)施例的方塊圖。
圖9為方塊圖，說明于圖形處理單元中，屬性計(jì)算系統(tǒng)配合共享緩沖區(qū)的具體實(shí)施例。
圖10為于圖形處理單元中計(jì)算屬性的方法實(shí)施例的流程圖。
本發(fā)明圖式中所包含的各元件列式如下三角形設(shè)定階段10 屬性設(shè)定階段12像素位置階段 14 紋理階段16、164、278像素著色器18 寫回單元20畫面緩沖區(qū)22 三角形100頂點(diǎn) 102 區(qū)域104像素 106 坐標(biāo)108分區(qū) 110 系統(tǒng)120、140三角形設(shè)定邏輯元件 122三角形屬性設(shè)定邏輯元件123中央緩沖邏輯元件 124計(jì)算邏輯元件 126 判斷邏輯元件128、212
計(jì)算方塊142、210 先進(jìn)先出緩沖區(qū)144共享緩沖區(qū) 146、282 處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件148計(jì)算方塊160、190 位置階段162、276著色器輸入階段166、280已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 168、170、172原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 174、176、178著色器180、283 原始數(shù)據(jù) 189計(jì)算電路191～198已處理數(shù)據(jù) 199位置階段已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 214紋理階段已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 216著色器輸入數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 218位置階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 220紋理階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 222著色器輸入階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū) 224三角形設(shè)定單元270 屬性設(shè)定單元 272存儲(chǔ)器 274 共享計(jì)算電路 28具體實(shí)施方式
本發(fā)明的各觀念可通過下列圖式以獲得更進(jìn)一步的了解，本發(fā)明將配合圖式進(jìn)行說明，但是不限于所述實(shí)施例，相反地，還包含了所有的替代、修改、等效對(duì)象，均不脫如附申請(qǐng)專利范圍的精神與范疇。
將參閱圖2A和圖2B，其分別說明如何根據(jù)笛卡兒(Cartesian)和重心(Barycentric)技術(shù)來計(jì)算圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)內(nèi)產(chǎn)生的三角形內(nèi)像素，三個(gè)頂點(diǎn)102的位置定義一個(gè)三角形100，并形成區(qū)域104，通過位置坐標(biāo)和一個(gè)或多個(gè)附加屬性可定義每一個(gè)頂點(diǎn)102。附加屬性可為紋理、色彩或其它屬性，在該三角形100內(nèi)，坐標(biāo)108定義了像素106的特定位置。利用笛卡兒設(shè)定方式計(jì)算該像素106的屬性值，需要用到頂點(diǎn)的X和Y軸位置坐標(biāo)以及頂點(diǎn)的屬性值，以決定該像素106的屬性值，用以決定該像素屬性值的一般方程式為P(x，y)＝Px·x+Py·y+Pc其中Px、Py和Pc為針對(duì)該屬性的三角形設(shè)定參數(shù)，而x和y為像素106的坐標(biāo)值108。
圖2B的重心設(shè)定方式用到由像素106和兩個(gè)頂點(diǎn)102所定義的分區(qū)110，例如P1、P2和該像素106三個(gè)點(diǎn)可以定義分區(qū)A0，同樣地，通過點(diǎn)P0、P2和該像素106可以定義分區(qū)A1。為了決定屬性比重，對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)P0屬性值的分區(qū)應(yīng)為分區(qū)A0，當(dāng)一像素位置遠(yuǎn)離一特定頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)該頂點(diǎn)的分區(qū)便會(huì)縮小，計(jì)算該像素屬性的式子為P(x,y)=A0A(x,y)·P0+A1A(x,y)·P1+A2A(x,y)·P2]]>其中P0、P1和P2為頂點(diǎn)屬性值，A0、A1和A2為該三角形內(nèi)坐標(biāo)為(x，y)的像素所分割的三個(gè)分區(qū)的面積，A則是P0、P1和P2所定義的三角形的總面積。依此方式，每一頂點(diǎn)屬性值會(huì)乘上該分區(qū)的對(duì)應(yīng)比例，分區(qū)比例又稱為重心坐標(biāo)α、β、γ。這里提到的笛卡兒設(shè)定和重心設(shè)定方式并非決定像素屬性的必要技術(shù)，吾人可以單獨(dú)地或非單獨(dú)地利用此類技術(shù)實(shí)行本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，亦可利用其它數(shù)值方法系統(tǒng)以執(zhí)行該計(jì)算。
請(qǐng)參閱圖3，其為于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的一系統(tǒng)實(shí)施例的方塊圖，該系統(tǒng)120包含三角形設(shè)定邏輯元件122，當(dāng)需要于計(jì)算機(jī)繪圖環(huán)境中描繪景象時(shí)，即可以該三角形設(shè)定邏輯元件122決定所需三角形的三角形坐標(biāo)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)120亦包含三角形屬性設(shè)定邏輯元件123，用以決定由該三角形設(shè)定邏輯元件122所定義的三角形內(nèi)的每一個(gè)像素的屬性。該系統(tǒng)120還包含中央緩沖邏輯元件124，當(dāng)三角形像素的屬性設(shè)定數(shù)據(jù)于繪圖管線的多重處理階段中前進(jìn)時(shí)，可儲(chǔ)存該屬性設(shè)定數(shù)據(jù)，關(guān)于這一點(diǎn)，中央緩沖邏輯元件124可以利用地址指針，使得當(dāng)特定的三角形像素處理程序通過該繪圖管線的多重階段時(shí)，不需要移動(dòng)該實(shí)際屬性數(shù)據(jù)，因?yàn)閭鬟f指針的效能成本比移動(dòng)該實(shí)際屬性數(shù)據(jù)要小得多，所以與圖形處理單元屬性處理有關(guān)的程序便能藉此顯著改善效能和存儲(chǔ)器利用率。
該系統(tǒng)120還包含計(jì)算邏輯元件126，用以計(jì)算在繪圖管線內(nèi)各處理階段所需要的像素屬性，該計(jì)算邏輯元件126可以包含在計(jì)算方塊或計(jì)算電路之中，而且在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中，繪圖管線內(nèi)的多重處理階段可以共享此計(jì)算邏輯元件126，當(dāng)繪圖管線內(nèi)的多重處理階段產(chǎn)生多個(gè)計(jì)算要求，判斷邏輯元件128可建立該計(jì)算邏輯元件126于計(jì)算各請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，建立該計(jì)算邏輯元件126的優(yōu)先級(jí)，該判斷邏輯元件128可讓該繪圖管線的多重處理階段以更有效的方式使用該計(jì)算邏輯元件126，依此方式，該繪圖管線內(nèi)的每一處理階段便可共享該計(jì)算邏輯元件126。該系統(tǒng)120可進(jìn)一步包含先進(jìn)先出(first in first out，F(xiàn)IFO)緩沖邏輯元件，用以儲(chǔ)存每一處理階段和該計(jì)算邏輯元件126之間所傳遞的屬性。
請(qǐng)參閱圖4，其為于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的另一系統(tǒng)實(shí)施例的方塊圖，該系統(tǒng)140包含計(jì)算方塊142，用以處理在該繪圖管線的多重階段內(nèi)正處理像素的多項(xiàng)屬性，該計(jì)算方塊142可以計(jì)算位于三角形中的一像素的屬性，其中三角形頂點(diǎn)的屬性值已知，雖然這里的實(shí)施例是以三角形為像素進(jìn)行說明，但是亦可使用像是線段、點(diǎn)和其它多邊形等形式的像素，亦符合申請(qǐng)專利范圍的范疇及精神，該共享計(jì)算方塊142可包含多個(gè)計(jì)算電路以支持平行像素處理。該系統(tǒng)140亦包含先進(jìn)先出緩沖區(qū)144，用以緩沖該繪圖管線內(nèi)的多重處理階段所接收和輸出的數(shù)據(jù)。
該系統(tǒng)140亦包含共享緩沖區(qū)146，可用以儲(chǔ)存該繪圖管線內(nèi)的任一處理階段正處理像素的對(duì)應(yīng)三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)，利用指針和指針型態(tài)可讓位于共享緩沖區(qū)146內(nèi)的三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)形同于繪圖管線內(nèi)的不同處理階段中移動(dòng)，其中指針具有緩沖區(qū)地址，而指針型態(tài)可以告知儲(chǔ)存在緩沖區(qū)的屬性的型態(tài)，通過將指針傳遞到繪圖管線的不同處理階段，就不需要移動(dòng)在共享緩沖區(qū)146內(nèi)的三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)140亦包含處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件148，用以決定在該繪圖管線的多重處理階段中處理或計(jì)算屬性的優(yōu)先級(jí)，依此方式，處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件148決定處理順序，計(jì)算方塊142便依照此更具效率的順序提供計(jì)算邏輯給該繪圖管線的每一個(gè)處理階段，該處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件148可以利用該屬性型態(tài)及/或其它管線元件狀態(tài)等信息，以決定將給來自多重處理階段的哪個(gè)計(jì)算請(qǐng)求有最高的優(yōu)先權(quán)，在某些實(shí)施例中，通過驅(qū)動(dòng)程序可編程該處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件148，以增加其彈性及結(jié)構(gòu)性。
請(qǐng)參閱圖5，其為于圖形處理單元內(nèi)計(jì)算屬性的數(shù)據(jù)流實(shí)施例的方塊圖，其中有三個(gè)主要的階段請(qǐng)求使用計(jì)算電路，這些階段包含位置階段162、紋理階段164以及可要求像素內(nèi)插的著色器(shader)輸入階段166，但是本發(fā)明并不受限于這些階段。圖形處理單元包含的位置階段162用以處理位置屬性，以決定像是像素位置和可見性等信息，在此階段處理的屬性可為像素X值、像素Y值、像素Z值、像素W值以及模板值。該圖形處理單元亦可包含紋理階段164，用以處理決定該像素貼圖(texture mapping)的屬性。計(jì)算對(duì)應(yīng)于位置階段162和紋理階段164的屬性的時(shí)間點(diǎn)不同，針對(duì)給定的像素，通常會(huì)先計(jì)算其位置階段162的屬性，然后再計(jì)算紋理階段162的屬性。
該圖形處理單元亦包含著色器輸入階段166，其用以計(jì)算如擴(kuò)散和反射色彩、正常表面和霧狀或其它屬性，這些屬性將被傳遞至像素著色器180，與貼圖色彩數(shù)據(jù)一起進(jìn)行更復(fù)雜的處理。每一個(gè)處理階段162、164、166均有機(jī)會(huì)要求計(jì)算方塊160計(jì)算屬性，而每一個(gè)處理階段均有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出用先進(jìn)先出緩沖區(qū)174、176、178，用以儲(chǔ)存來自各處理階段的原始數(shù)據(jù)，等候該計(jì)算方塊160準(zhǔn)備好對(duì)該數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算，計(jì)算方塊160與每一個(gè)階段162、164、166間各配置一個(gè)對(duì)應(yīng)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)174、176、178。舉例來說，原始數(shù)據(jù)可以是空白像素?cái)?shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)指針，對(duì)應(yīng)指針會(huì)指出相關(guān)的三角形屬性設(shè)定值在共享緩沖區(qū)146中的位置，該數(shù)據(jù)一般從位置階段162順流移動(dòng)到紋理階段164、著色器輸入階段166，并通過該計(jì)算方塊160到著色器180，該計(jì)算方塊160計(jì)算完位置數(shù)據(jù)后，將該處理過的屬性數(shù)據(jù)傳送到已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)168，儲(chǔ)存該處理過的數(shù)據(jù)，等待該位置階段162能夠接收這些處理過的數(shù)據(jù)并傳遞到后續(xù)的處理階段，如紋理階段164。在某些例子中，該處理過的位置階段數(shù)據(jù)將不會(huì)被送到紋理階段164，因?yàn)橛?jì)算結(jié)果指出該結(jié)果已不再有效，例如，假設(shè)深度測(cè)試判定該像素不可見，則數(shù)據(jù)將不具意義，而在其它例子中，該處理位置階段數(shù)據(jù)是會(huì)從位置階段162進(jìn)行到紋理階段164的。
該紋理階段164將原始數(shù)據(jù)傳送到原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)176，以供計(jì)算方塊160進(jìn)行后續(xù)的處理，對(duì)應(yīng)的已處理數(shù)據(jù)會(huì)送到已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)170儲(chǔ)存，等待紋理階段164準(zhǔn)備好接受這些已處理數(shù)據(jù)，某些已處理數(shù)據(jù)將傳遞到著色器輸入階段166。來自著色器輸入階段166的原始數(shù)據(jù)會(huì)儲(chǔ)存在原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)178，等待計(jì)算方塊160準(zhǔn)備好計(jì)算這些原始數(shù)據(jù)。計(jì)算方塊160完成著色器輸入階段數(shù)據(jù)的計(jì)算后，將處理過的著色器屬性傳送到已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)172儲(chǔ)存，等待該著色器180準(zhǔn)備好進(jìn)行后續(xù)的處理，該著色器180可以通過各別的數(shù)據(jù)路徑或跟著管線的各階段，從計(jì)算方塊160接收任何或所有與位置階段162、紋理階段164、著色器輸入階段166對(duì)應(yīng)的已處理數(shù)據(jù)。
簡(jiǎn)單說明圖6，其是說明運(yùn)用在平行處理設(shè)計(jì)中的計(jì)算方塊實(shí)施例的方塊圖，計(jì)算方塊190從該繪圖管線的多重處理階段接收對(duì)應(yīng)各種屬性的原始數(shù)據(jù)189，該計(jì)算方塊190可包含多個(gè)計(jì)算電路191～198，以同時(shí)針對(duì)多個(gè)像素平行地執(zhí)行屬性計(jì)算，例如，可將八個(gè)像素分成兩組各有四個(gè)像素的獨(dú)立群組，以進(jìn)行并行計(jì)算，當(dāng)計(jì)算電路191～198完成該計(jì)算時(shí)，已處理的屬性數(shù)據(jù)199將被傳送到繪圖管線內(nèi)與特定處理階段對(duì)應(yīng)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)。
請(qǐng)參閱圖7，其為擁有判斷邏輯元件的計(jì)算方塊實(shí)施例的方塊圖，該計(jì)算方塊210用以決定位于圖形處理單元所描繪像素內(nèi)的像素的屬性值，計(jì)算方塊210接收從繪圖管線內(nèi)的多重處理階段所發(fā)出的計(jì)算請(qǐng)求，然后利用判斷邏輯元件212建立各計(jì)算請(qǐng)求的處理優(yōu)先級(jí)，該判斷邏輯元件212可以從對(duì)應(yīng)于該繪圖管線中的多重階段的多個(gè)先進(jìn)先出緩沖區(qū)接收利用度數(shù)據(jù)，例如，在該繪圖管線中，位置階段可包含已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)214以及原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)220，因應(yīng)位置階段對(duì)計(jì)算方塊210發(fā)出的計(jì)算請(qǐng)求，該位置階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)220儲(chǔ)存有關(guān)的空白像素?cái)?shù)據(jù)和指出屬性設(shè)定值在共享緩沖區(qū)中位置的指針，若計(jì)算方塊210完成計(jì)算，像素屬性數(shù)據(jù)則儲(chǔ)存于該位置階段已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)214；同樣地，該紋理階段亦有對(duì)應(yīng)的已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)216和原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)222。判斷邏輯元件212亦接收對(duì)應(yīng)于該著色器輸入階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)224的利用度數(shù)據(jù)，其中該著色器輸入階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)224用以儲(chǔ)存將從著色器輸入階段進(jìn)入該計(jì)算方塊210的數(shù)據(jù)，當(dāng)原始數(shù)據(jù)處理完畢，已計(jì)算的屬性將傳送到著色器輸入數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)218，以供著色器(未繪出)進(jìn)行后續(xù)的使用。當(dāng)判斷邏輯元件212接收到與各先進(jìn)先出緩沖器利用程度有關(guān)的數(shù)據(jù)后，便能夠根據(jù)目前使用項(xiàng)目(entry)的數(shù)目來決定各計(jì)算請(qǐng)求的處理優(yōu)先級(jí)，例如，當(dāng)位置階段原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)220超過預(yù)先決定的利用度門坎時(shí)，則指定該位置階段的計(jì)算請(qǐng)求有一個(gè)較高的優(yōu)先級(jí)，在此范例中，指定該位置階段計(jì)算請(qǐng)求有一個(gè)較高的優(yōu)先級(jí)可以減少該管線在此階段延遲(stall)的風(fēng)險(xiǎn)；相反地，如果位置階段已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)214超出該預(yù)先決定的利用度門坎時(shí)，則判斷邏輯元件212會(huì)指定后方的位置階段計(jì)算請(qǐng)求有一個(gè)較低的優(yōu)先級(jí)。因此，該判斷邏輯元件212在接收管線中對(duì)應(yīng)于各處理階段的先進(jìn)先出緩沖區(qū)的利用度數(shù)據(jù)后，便會(huì)建立各計(jì)算請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，以減少造成繪圖管線中任何階段延遲的風(fēng)險(xiǎn)。
現(xiàn)請(qǐng)參閱圖8，其為判斷邏輯元件實(shí)施的流程圖，在步驟240中，該判斷邏輯元件接收從繪圖管線內(nèi)的處理階段所發(fā)出的計(jì)算請(qǐng)求；在步驟242中，調(diào)查與各處理階段對(duì)應(yīng)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)，以獲悉它們的利用程度；然后在步驟244中，該判斷邏輯元件判斷是否有任何已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)的利用程度低于特定的門坎；如果確實(shí)有存在已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)的利用程度低于特定的門坎，則可能其對(duì)應(yīng)的處理階段在等待已計(jì)算屬性數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生延遲，此時(shí)，于步驟246中，便指定對(duì)應(yīng)于該階段的計(jì)算請(qǐng)求有較高的處理優(yōu)先級(jí)；如果所有已處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)的利用程度均高于預(yù)先決定的門坎，于步驟250中，則沿用先前建立的處理順序；在步驟252中，當(dāng)該判斷邏輯判定原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)的利用程度高于特定門坎時(shí)，進(jìn)行至步驟254，指定對(duì)應(yīng)于該階段的計(jì)算請(qǐng)求有較高的處理優(yōu)先級(jí)；如果沒有原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出緩沖區(qū)的利用程度高于該特定門坎時(shí)，該判斷邏輯元件前進(jìn)至步驟250，沿用先前建立的處理順序。當(dāng)從該繪圖管線的處理階段接收到新的計(jì)算請(qǐng)求時(shí)，該判斷邏輯元件會(huì)持續(xù)運(yùn)作，如果該判斷邏輯元件無法指定計(jì)算請(qǐng)求的處理優(yōu)先級(jí)，便可以利用預(yù)設(shè)的處理順序，例如循環(huán)方式(rounder robin)，根據(jù)每一處理階段的預(yù)定順序來處理計(jì)算請(qǐng)求。
現(xiàn)請(qǐng)參考圖9，其是方塊圖，說明于圖形處理單元中，屬性計(jì)算系統(tǒng)配合共享緩沖區(qū)的具體實(shí)施例，該系統(tǒng)包含三角形設(shè)定單元270，用以建立坐標(biāo)數(shù)據(jù)，來定義描繪程序中需要用到的三角形。
于另一種實(shí)施例中，可以將三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在共享緩沖區(qū)282中，對(duì)應(yīng)于該已儲(chǔ)存的三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)的指針將會(huì)隨著原始三角形數(shù)據(jù)通過該多重管線階段，當(dāng)其中之一的管線階段接收到指針時(shí)，會(huì)將該指針?biāo)偷焦蚕碛?jì)算電路284，該電路便會(huì)從共享緩沖區(qū)282存取該三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)，依此方法，共享緩沖區(qū)282可與存儲(chǔ)器274分開使用。
在某些具體實(shí)施例中，三角形設(shè)定數(shù)據(jù)會(huì)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器274并傳送到屬性設(shè)定單元272，以計(jì)算三角形的屬性設(shè)定數(shù)據(jù)，當(dāng)繪圖管線處理到這個(gè)三角形時(shí)，指出該三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)位置的指針便會(huì)被傳送到共享緩沖區(qū)282進(jìn)行儲(chǔ)存。有時(shí)，一個(gè)像素可能有32項(xiàng)或更多的屬性，其中每一項(xiàng)屬性還包括4個(gè)或多個(gè)特定組成，將這些三角形屬性設(shè)定數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器274，而對(duì)應(yīng)于這些屬性設(shè)定數(shù)據(jù)的指針則被傳送到共享緩沖區(qū)282，同時(shí)，共享緩沖區(qū)282中亦儲(chǔ)存有各指針的指針型態(tài)，其中該指針型態(tài)指出此特定三角形屬于哪一屬性群組，因?yàn)樵搶傩杂?jì)算程序在進(jìn)入該像素著色器283之前，還需要經(jīng)過相當(dāng)多的處理步驟，因此使用共享緩沖區(qū)管理大量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，以儲(chǔ)存設(shè)定結(jié)果與有關(guān)特定屬性組成的指針。三角形設(shè)定單元270和屬性設(shè)定單元272可以配置(allocate)部分的緩沖區(qū)，然后當(dāng)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)已處理完畢，接下來的處理階段就可以恢復(fù)此部分的緩沖區(qū)，舉例來說，假如位置階段276判定在此三角形內(nèi)的像素已不再可見，便可刪除共享緩沖區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)于該三角形的屬性設(shè)定數(shù)據(jù)。
該管線包含如位置階段276、紋理階段278、著色器輸入階段280等多重處理階段以及共享緩沖區(qū)282，當(dāng)該管線處理不同的像素屬性時(shí)，相關(guān)的數(shù)據(jù)便會(huì)從一個(gè)階段進(jìn)行到另一個(gè)階段，舉例來說，在位置階段276的屬性利用從共享緩沖區(qū)282得到的指針和指針型態(tài)，將適當(dāng)?shù)膶傩栽O(shè)定值傳送到共享計(jì)算電路284進(jìn)行屬性計(jì)算，當(dāng)共享計(jì)算電路284針對(duì)這些屬性的計(jì)算結(jié)束，已處理的數(shù)據(jù)便會(huì)傳回到該位置階段276，在某些情況下，如果這些屬性不需要進(jìn)一步的處理，則位置階段便會(huì)刪除共享緩沖區(qū)282中的對(duì)應(yīng)指針數(shù)據(jù)，另一種情況則是如果后續(xù)的階段像是紋理階段278可以利用該屬性，則紋理階段278同樣會(huì)去存取該共享緩沖區(qū)282內(nèi)對(duì)應(yīng)該屬性設(shè)定值的指針和指針型態(tài)等信息，并傳送原始數(shù)據(jù)到該共享計(jì)算電路284進(jìn)行計(jì)算。注意，共享計(jì)算電路284因應(yīng)著色器輸入階段280的請(qǐng)求而計(jì)算獲得的屬性將會(huì)傳送到著色器283，處理階段276、278、280傳送到該共享計(jì)算電路284的屬性數(shù)據(jù)則包含對(duì)應(yīng)于共享緩沖區(qū)282的指針和指針型態(tài)，該共享計(jì)算電路284利用該指針以存取儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器274內(nèi)的實(shí)際屬性設(shè)定數(shù)據(jù)值，并利用該指針型態(tài)以存取各屬性型態(tài)的處理優(yōu)先級(jí)。舉例說明，一般來說，位置群組的屬性優(yōu)先于紋理群組的屬性，同樣地，紋理群組的屬性通常優(yōu)先于著色器群組的屬性，依此方式，在繪圖管線內(nèi)僅傳遞指針和指針型態(tài)，如此可避免傳送與許多待處理三角形屬性相關(guān)的大量數(shù)據(jù)。
現(xiàn)請(qǐng)參考圖10的流程圖，其是說明于圖形處理單元中用以計(jì)算屬性的方法實(shí)施例，該方法于開始的步驟310中先在三角形內(nèi)選擇多個(gè)像素，其中每一個(gè)像素均有多項(xiàng)屬性，舉個(gè)例子，每一個(gè)像素可能有32項(xiàng)或更多的屬性，而每一項(xiàng)屬性可能包含4個(gè)或更多的組成，一般而言，所選擇的像素會(huì)位于相同的像素或是三角形中。于步驟320中，將屬性分組，不同的群組對(duì)應(yīng)繪圖管線內(nèi)的不同處理階段，舉例說明，一位置群組包含決定像素位置和可見性的屬性，如像素X值、像素Y值、像素Z值、像素W值以及模板值等，但不限于這些值；同樣地，該紋理群組包括決定像素貼圖色彩的屬性；色彩群組則包括那些直接傳送到像素著色器進(jìn)行復(fù)雜色彩操作的屬性，其中包括色彩擴(kuò)散、霧狀和正常表面功能等操作，但不限于所列操作。
于步驟330中，指定每一屬性群組的處理優(yōu)先級(jí)，例如，不同群組中的屬性會(huì)因效能的理由而于不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，尤其是當(dāng)所有像素均要求執(zhí)行像素著色器操作，舉個(gè)例子，處理優(yōu)先級(jí)一般為位置群組屬性優(yōu)先于紋理群組屬性，而紋理群組屬性又優(yōu)先于色彩群組屬性。于步驟340中，計(jì)算方塊從繪圖管線中的多重處理階段接收屬性。于步驟350中，根據(jù)于步驟330中指定的處理優(yōu)先級(jí)計(jì)算各屬性。如上述有關(guān)圖7和圖8的討論，可利用額外的判斷邏輯元件進(jìn)一步精算處理優(yōu)先級(jí)，以增加管線的處理效率和效能。
本發(fā)明實(shí)施例可以硬件、軟件、固件或其組合等方式實(shí)施，于某些實(shí)施例中，可利用儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的軟件或固件，由適當(dāng)?shù)闹噶顖?zhí)行系統(tǒng)來執(zhí)行，如果是以硬件的方式呈現(xiàn)，則可利用下列已知技術(shù)或其組合，例如具有邏輯門而可對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行邏輯功能的離散邏輯電路、具有適當(dāng)組合邏輯門的特殊應(yīng)用集成電路(application specific integrated circuit，ASIC)、可編程?hào)艠O陣列(programmable gate array，PGA)、場(chǎng)式可編程?hào)艠O陣列(fieldprogrammable gate array，F(xiàn)PGA)等等元件。
任何的程序說明或流程步驟代表某些模塊、程序段、或是部分程序代碼，其中可包含一個(gè)或數(shù)個(gè)可執(zhí)行的指令，以進(jìn)行特定的邏輯功能或程序步驟，另有其它實(shí)施方式可執(zhí)行本發(fā)明功能，例如所說明與討論的順序并非固定不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可稍加變化，或是可讓某些步驟同時(shí)進(jìn)行，甚至反向執(zhí)行，只要能符合本發(fā)明的功能性即可，均屬本發(fā)明的范疇。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，以上所述的具體例及非限定實(shí)施例僅為可能的施行范例，僅用以清楚說明本揭露的原理，即便對(duì)上述具體例及非限定實(shí)施例施以變化和修飾，然皆不脫此中所述的精神和范圍，所有此等修飾及變化應(yīng)涵括于本發(fā)明的范圍內(nèi)，受如附權(quán)利要求范圍保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種于圖形處理單元中計(jì)算屬性的方法，其包括步驟選擇多個(gè)像素，其中每一像素具有多項(xiàng)屬性；將對(duì)應(yīng)于該多個(gè)像素的該多項(xiàng)屬性分成多個(gè)群組，該多個(gè)群組對(duì)應(yīng)于該圖形處理單元中的多個(gè)階段；指定每一群組的處理優(yōu)先級(jí)；計(jì)算方塊接收該多項(xiàng)屬性；以及比較一群組與其它群組的處理優(yōu)先級(jí)，以決定順序，依據(jù)該順序計(jì)算該多項(xiàng)屬性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將該多項(xiàng)屬性儲(chǔ)存于共享緩沖區(qū)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括于該計(jì)算方塊內(nèi)移動(dòng)該多項(xiàng)屬性通過該多個(gè)階段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中使該多項(xiàng)屬性移動(dòng)的步驟包括利用多個(gè)指針地址，指出儲(chǔ)存于該共享緩沖區(qū)中的該多項(xiàng)屬性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分成群組的步驟包括定義位置群組，其包括決定像素位置的屬性；定義色彩群組，其包括用于執(zhí)行著色器操作的屬性；以及定義紋理群組，其包括決定像素紋理數(shù)據(jù)的屬性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該位置群組包括的屬性有像素X位置、像素Y位置、像素Z位置、像素W位置或像素模板值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算的步驟包括判斷從該多個(gè)階段所發(fā)出的多個(gè)計(jì)算請(qǐng)求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該判斷步驟包括判斷對(duì)應(yīng)于多個(gè)先進(jìn)先出緩沖區(qū)的多個(gè)利用程度，其中每一先進(jìn)先出緩沖區(qū)是位于一階段與該計(jì)算方塊之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中指定位置群組內(nèi)的屬性具有第一處理優(yōu)先級(jí)，指定紋理群組內(nèi)的屬性具有第二處理優(yōu)先級(jí)，以及指定色彩群組內(nèi)的屬性具有第三處理優(yōu)先級(jí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中是于該計(jì)算方塊內(nèi)平行處理該計(jì)算步驟。
11.一種用于圖形處理單元中計(jì)算屬性的系統(tǒng)，該圖形處理單元具有多個(gè)處理階段，該系統(tǒng)包含計(jì)算方塊，用以處理對(duì)應(yīng)于多個(gè)像素的多項(xiàng)屬性，其中每一像素包括部分的該多項(xiàng)屬性；多個(gè)先進(jìn)先出緩沖區(qū)，每一先進(jìn)先出緩沖區(qū)是位于一處理階段與該計(jì)算方塊之間；共享緩沖區(qū)，用以于屬性處理期間內(nèi)儲(chǔ)存該多項(xiàng)屬性；以及處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件，用以決定對(duì)應(yīng)于該多項(xiàng)屬性的多個(gè)優(yōu)先級(jí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該多項(xiàng)屬性包括屬性設(shè)定數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該多項(xiàng)屬性是分成對(duì)應(yīng)于該多個(gè)處理階段的多個(gè)群組。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該多個(gè)群組包括位置群組，其包括決定像素位置的屬性；紋理群組，其包括決定像素紋理數(shù)據(jù)的屬性；以及色彩群組，其包括于像素著色器內(nèi)執(zhí)行色彩操作的屬性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中該處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件指定該位置群組內(nèi)的屬性比該紋理群組具有較高的優(yōu)先級(jí)以及指定該紋理群組內(nèi)的屬性比該色彩群組具有較高的優(yōu)先級(jí)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該計(jì)算方塊包含判斷邏輯元件，用以決定該多個(gè)處理階段所產(chǎn)生的多個(gè)計(jì)算請(qǐng)求的處理順序。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該計(jì)算方塊包含多個(gè)計(jì)算電路，用以執(zhí)行并行計(jì)算。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該共享緩沖區(qū)還包含多個(gè)地址指針，用以使該屬性通過該多個(gè)處理階段。
19.一種用于圖形處理單元中計(jì)算屬性的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含三角形設(shè)定邏輯元件，用以決定繪圖管線中的三角形數(shù)據(jù)；屬性設(shè)定邏輯元件，用以決定對(duì)應(yīng)于該三角形數(shù)據(jù)的多項(xiàng)屬性；中央緩沖邏輯元件，用以在處理期間內(nèi)儲(chǔ)存該多項(xiàng)屬性；計(jì)算邏輯元件，用以計(jì)算每一處理階段所送出的屬性；以及判斷邏輯元件，用以建立該計(jì)算邏輯元件的處理優(yōu)先級(jí)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包含分組裝置，用以將該多項(xiàng)屬性分成對(duì)應(yīng)于該多個(gè)處理階段的多個(gè)群組。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包含先進(jìn)先出緩沖邏輯元件，用以儲(chǔ)存于每一處理階段與該計(jì)算邏輯元件間傳遞的屬性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中該判斷邏輯元件利用該先進(jìn)先出緩沖邏輯元件以建立該計(jì)算邏輯的多個(gè)優(yōu)先級(jí)，以及該多個(gè)優(yōu)先級(jí)決定優(yōu)先執(zhí)行哪一個(gè)計(jì)算請(qǐng)求。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)于在圖形處理單元中提供共享屬性計(jì)算電路的系統(tǒng)和方法，其一為用于圖形處理單元中計(jì)算屬性的系統(tǒng)，該圖形處理單元具有多個(gè)處理階段，該系統(tǒng)可包含計(jì)算方塊，用以處理對(duì)應(yīng)于多個(gè)像素的多項(xiàng)屬性，亦包含多個(gè)先進(jìn)先出緩沖區(qū)，每一先進(jìn)先出緩沖區(qū)是位于處理階段與該計(jì)算方塊之間，還可包含共享緩沖區(qū)，用以于屬性處理期間內(nèi)儲(chǔ)存該多項(xiàng)屬性或指針，還可包含處理優(yōu)先級(jí)邏輯元件，用以決定對(duì)應(yīng)于該多項(xiàng)屬性的多個(gè)優(yōu)先級(jí)。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101051382SQ200710106499
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者廖群峰, 約翰·柏拉勒斯 申請(qǐng)人:威盛電子股份有限公司