[发明专利]一种用于3D图学渲染加速的FPGA芯片

权利要求书

1.一种用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，该3D FPGA芯片由上层的可重构层电路与下层的逻辑层电路相互叠加成为一体，该3D FPGA芯片根据数据流从输入到输出的顺序依次包括PCIe接口模块(1)、3D装填模块(2)、空间二分模块(3)、起始渲染模块(4)、3D渲染模块(5)和显示模块(6)。

2.根据权利要求1所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述可重构层电路与所述逻辑层电路在该3D FPGA芯片中并存而形成一个叠加与紧密连接的完整结构。

3.根据权利要求1所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述PCIe接口模块(1)用于实现该3D FPGA芯片与外部PCIe总线的数据传输，前端接口与PCIe总线插槽连接，外部信号通过PCIe总线以差分信号的形式进出芯片；PC硬碟的3D数据文档中的3D数据以高速串口传输方式经PC主机板上的PCIe插槽被传送至本3D FPGA芯片的PCIe接口模块的差分端口；PCIe接口模块的后端接口与3D装填模块(2)连接。

4.根据权利要求3所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述PCIe接口模块(1)包括PCIe核模块与PCIe应用模块，其中PCIe核模块用于执行数据交换的物理层、数据链接层与处理层的协议逻辑；PCIe应用模块用于控制3D装填模块、空间二分模块、3D渲染模块以及显示模块与外部或外部PCIe总线插槽上的PC、图元SDRAM、KD SDRAM以及帧缓存SDRAM之间的数据交换。

5.根据权利要求1所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述3D装填模块(2)将来自主计算机(PC)经由PCIe接口模块(1)输入的3D数据中的3D图元数据缓存于外部的图元SDRAM中，并将3D数据中的3D光学数据直接输出至起始渲染模块(4)，该3D光学数据至少包括摄像头、材质及光源信息。

6.根据权利要求5所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述3D装填模块(2)包括PCIe读取模块、3D分类模块和图元SDRAM控制模块，其中：

PCIe读取模块，用于从PCIe接口模块(1)中获取3D数据并传输给3D分类模块；

3D分类模块，用于将该3D数据分成二类数据，一类为3D图元数据，输出至外部图元SDRAM，另一类为3D光学数据，至少包括摄像头、材质、光源数据，输出至起始渲染模块(4)；

图元SDRAM控制模块，用于将该3D图元数据输出并缓存至外部图元SDRAM。

7.根据权利要求1所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述空间二分模块(3)用于将外部的图元SDRAM中缓存的3D图元数据转换成空间二分KD树型数据并缓存于外部的KD SDRAM中。

8.根据权利要求7所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述空间二分模块(3)包括KD节堆栈FILO模块、构建KD模块、二分模块、成本计算模块、二分位置FIFO模块和图元FIFO模块，其中，成本计算模块与二分模块从外部图元SDRAM读入各自所需的3D图元数据同时分别缓冲于图元FIFO模块与二分位置FIFO模块；二分模块用自二分位置FIFO获取的顶点产生3D情景图元基于轴向包盒的空间二分平面，继而利用成本计算模块从图元FIFO获取的图元顶点坐标来计算KD树(KD Tree)每一级AABB的二分成本，最终以成本最低的二分平面来完成该级的KD节二分。

9.根据权利要求1所述的用于3D图学渲染加速的FPGA芯片，其特征在于，所述起始渲染模块(4)用于对3D装填模块输入的至少包括摄像头、材质及光源信息的3D光学数据进行分析和处理，产生3D渲染模块所需的光学数据，该光学数据至少包括射线原点及画面顶点数据，并输出给3D渲染模块，同时产生3D渲染模块渲染每帧3D画面所需的启动信号以及处理3D渲染模块结束每帧3D画面渲染时产生的终结信号。