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随着移动电子产品市场的增长迅速以及高速3G网络的大规模建设,以个人数字助理(PDA)、PocketPC和移动电话为代表的移动设备逐渐普及。目前很多传统计算平台上面的应用正在不断转移到移动设备上,而新出现的各种应用和服务也越来越多地在设计之初就考虑移动平台的应用需求。当前移动设备的这些3D功能大多是基于ARM芯片,以及基于软件的图像处理技术。然而,随着电子设备显示分辨率的增加以及几何模型变得更加复杂,这种绘制方法不但占用了大量的CPU资源,增加了CPU的负担,而且绘制的图形质量差,且很难做到3D图形显示的实时性。而且移动设备上与绘制相关的资源是相当有限的,如CPU频率低、存储空间小、显示屏幕受限以及电池供电能力弱。针对这些问题,必须采用专用的硬件电路实现移动设备的3D图形处理系统,使之能够快速真实的绘制复杂图形,满足实时绘制,具有低功耗低带宽的特点。针对移动设备对真实感3D图形系统的迫切需求,结合移动设备低功耗低带宽的特点,本文将图形绘制系统中的光栅阶段的硬件实现作为研究内容。本文的主要特点如下:(1)针对真实感的3D图形系统的运算特点,本文在分析和研究3D图形中光栅化处理器的结构和工作流程的基础上,建立了一个面向移动设备的完整的3D光栅化处理器架构,包括了一个可编程的三角形建立引擎。采用定点数据通路,利用有效的定点算法对三角形顶点数据进行处理,从而达到降低电路复杂度,保持较低功耗的效果。(2)本文设计的可编程三角形建立引擎根据运算特点自定义指令集,用户可以灵活实现各种光栅算法;采用三路SIMD处理器架构,8级流水线,能够有效提高计算吞吐率;还拥有高精度的特殊函数求值单元,从而保证了运算精度。(3)本文给出了光栅部分的FPGA实现,构建了一个基于SOPC的FPGA验证平台,对面向移动设备的光栅处理器进行验证。验证结果表明,该处理器可以实时完成光栅部分的绘制工作。虽然图形处理技术发展相对成熟,但该领域技术壁垒高,而且核心技术几乎都掌握在美国等发达国家手中,国外对图形处理芯片和系统的研究处于领先水平,但是绝大多数对公众开放的论文仅简单介绍自己设计的系统架构,国内对图形硬件的研究设计很少,有些只是针对某些具体的应用背景,不具备通用性,因此在资源受限的移动设备上绘制真实感的3D图形的需求日益迫切。