功能描述

镜像/ 固定角度旋转

Flip/Rotation0 子模块可以进行水平镜像、垂直镜像、0/90/180/270 度固定角度旋转。水平镜像、 垂直镜像和固定角度旋转，单独开启，也可以同时开启。同时开启的时候，水平镜像和垂直镜像在固定 角度旋转功能前生效。

任意角度旋转

Rotation1子模块可以对图像进行任意角度旋转，任意角度旋转只支持RGB格式不支持YUV格式，以图像 左上角为原点，原图的旋转中心在（m, n）目标图的旋转中心在（c, d），如下图所示：

由原图到目标图的旋转变换矩阵为：

图像缩放

Scaler0子模块支持对 RGB/YUV 格式图像进行缩放，支持缩放倍数范围为 1/16 ~ 16。Scaler0支持 6x4 taps 16 phases多相位滤波算法。 Scaler0有两个独立的channel，当对RGB格式进行缩放操作的时候，需要配置Scaler0的channel0参数。 当为YUV格式的时候，Y通道需要设置channel0参数，U和V通道需要设置channel1参数。 当scaler0控制寄存器选择的是内置滤波系数，不需要软件设置滤波系数表。当scaler0控制寄存器选择的是查表， 则需要软件设置滤波系数表，channel0和channel1有独立的滤波系数表，并且水平滤波系数和垂直滤波系数 需要单独设置，总共对应4组滤波系数。水平滤波为6 taps，滤波系数为6x16共96个。通过大小为48的32bits 寄存器组来设置，每个系数为14bits有符号数, 寄存器低16bits和高16bits各存储一个系数， 例如phase0和phase1占用一个32bits寄存器，phase0在[0:13]，phase1在[16:29]。 先存储tap0的phase0， phase1，依次到phase15，然后再存储tap1， tap2，tap3，tap4，tap5。

垂直滤波为4 taps，滤波系数为4x16共64个。通过大小为32的32bits寄存器组来设置，每个系数为14bits有符号数, 寄存器低16bits和高16bits各存储一个系数，例如phase0和phase1占用一个32bits寄存器，phase0在[0:13]， phase1在[16:29]。先存储tap0的phase0，phase1，依次到phase15，然后再存储tap1， tap2，tap3。

颜色空间转换(CSC0和CSC1)

CSC0和CSC1子模块都是YUV转RGB，颜色空间转换模块，格式转换公式如下：

R = Coef0 * Y + Coef1 * U + Coef2 * V + Coef3;
G = Coef4 * Y + Coef5 * U + Coef6 * V + Coef7;
B = Coef8 * Y + Coef9 * U + Coef10 * V + Coef11;

COEF0 = coef0 * 1024  // COEF0为13bits有符号整数
COEF1 = coef1 * 1024  // COEF1为13bits有符号整数
COEF2 = coef2 * 1024  // COEF2为13bits有符号整数
COEF3 = coef3 * 16    // COEF3为14bits有符号整数

COEF4~ COEF7和COEF8~ COEF11计算方式和COEF0~ COEF3一样：

R = (((COEF0 * Y + COEF1 * U + COEF2 * V + 32) >> 6) + COEF3 + 8) >> 4;
G = (((COEF4 * Y + COEF5 * U + COEF6 * V + 32) >> 6) + COEF7 + 8) >> 4;
B = (((COEF7 * Y + COEF9 * U + COEF10 * V + 32) >> 6) + COEF11 + 8) >> 4;

If(R>255) R =255; else if (R<0) R = 0;
If(G>255) G =255; else if (G<0) G = 0;
If(B>255) B =255; else if (B<0) B = 0;

颜色空间转换 (CSC2)

CSC2 子模块是RGB转YUV颜色空间转换模块，格式转换公式如下：

Y = Coef0 * R + Coef1 * G + Coef2 * B+ Coef3;
U = Coef4 * R + Coef5 * G + Coef6 * B+ Coef7;
V = Coef8 * R + Coef9 * G + Coef10 * B+ Coef11;

系数定点化：

COEF0 = coef0 * 256  // COEF0为11bits有符号整数
COEF1 = coef1 * 256  // COEF1为11bits有符号整数
COEF2 = coef2 * 256  // COEF2为11bits有符号整数
COEF3 = coef3        // COEF2为11bits有符号整数

COEF4~ COEF7和COEF8~ COEF11计算方式和COEF0~ COEF3一样

Y = (COEF0 * R + COEF1 * G + COEF2 * B + 128) >> 8 + COEF3;
U =( COEF4 * R + COEF5 * G + COEF6 * B + 128) >> 8 + COEF7;
V = (COEF8 * R + COEF9 * G + COEF10 * B + 128) >> 8 + COEF11;

If(Y>255) Y =255; else if (Y<0) Y = 0;
If(U>255) U =255; else if (U<0) U = 0;
If(V>255) V =255; else if (V<0) V = 0;

Porter/Duff Alpha Blending

pixel = (source * fs + destination * fd),
sa = source alpha,
da = destination alpha

误差扩散 Dither

Dither子模块支持输入ARGB8888或者RGB888格式，输出ARGB4444、RGB565、ARGB1555，当像素格式从高位宽， 转化为低位宽的时候，打开Dither功能，可以使图像渐变区域更平滑。误差扩散算法采用Sierra Lite algorithm， X为当前像素，当前像素的量化误差扩散到相邻的像素，Sierra Lite algorithm误差扩散模板如下图所示：

格式化输出

FMT子模块是格式化输出模块， 比如ARGB8888格式只有一个plane，NV12格式有2个plane， YUV420p有 三个plane。FMT子模块对接收到的像素按照像素格式的排列要求写入memory。

2D加速操作

1. 矩形填充（Fill Rectangle）：指定内存中的一块矩形区域，然后向矩形区域填充固定颜色，如下图所示：

   Output Image Addr 为要矩形填充图像的基地址，坐标（x_offset，y_offset）为填充区域相对于基 地址的坐标偏移，由软件计算出坐标（x_offset，y_offset）地址addr配置给硬件，计算方法如下：

   bpp: 每个像素占用的字节（Bytes Per Pixel）
   addr = output_image_addr + output_image_stride * y_offset  +  x_offset * bpp

   

2. 位块搬移（Bit BLT/ Stretch BLT）：把内存中源图像的一块矩形区域，搬移到目标图像中的一块矩形区域中，在进行位块搬移 过程中，源图和目标图可以同时进行alpha blending/CK操作。

   1. 原图的矩形区域搬移到目标图的矩形区域中不进行缩放（Bit BLT），如下图所示：

      

   2. 原图的矩形区域搬移到目标图的矩形区域中同时进行放大或者缩小（Stretch BLT），如下图所示：

      

3. 性能：GE的最高工作频率为150MHz，开启不同功能的性能如下表所示。

   序号	2D加速操作	性能（关闭Rotation1）	性能（开启Rotation1）
   0	Fill Rectanle	1 pixel/cycle	N/A
   1	Blit	0.95 pixel/cycle	0.45 pixel/cycle
   2	Stretch BLT	0.7 pixel/cycle	N/A

   • 设 mclk（单位为Hz）为GE的工作时钟，GE的性能为P (单位为 pixel/ cycle)，则每秒钟可以处理的像素个数为：pixel_num = mclk * P

   • 每一帧处理的像素个数：frame_pixel = width * height，（当使用功能 Stretch BLT 的时候，选择输入或者输出中最大图片进行计算）

   • GE 可以处理的最大帧率（frame per second）为：fps = pixel_num / frame_pixel

   • 当受到系统实际带宽限制的时候，可以用分配给GE的实际带宽量来计算实际帧率

命令队列 (Command Queue)

不采用 Command Queue：GE 每个task 结束都要触发一次中断。

采用 Command Queue：GE 可以完成多个 Task 后， 才触发一次中断，减少系统调度开销。

命令队列采用 ring buffer 方式实现。

• 软件以 Batch 为单位向 CMD Ring Buffer 中写入控制命令，当控制命令写到 CMD Ring Buffer 尾部没有空间时，写地址跳到 CMD Ring Buffer 起始地址。完成此过程需要配给硬件的信息：

  • CMD Buf Start Address：CMD Ring Buffer的起始地址

  • CMD Buf End Address： CMD Ring Buffer的结束地址

  • CMD Buf Address Offset：硬件读取CMD的地址相对于CMD Buf Start Address的偏移

  • CMD Buf Valid Length： 硬件读取命令的有效长度。 假设有效长度 length，当硬件读取长度为 length0 ( length0 < length ) 的命令，此时 CMD 的读地址大于 CMD Buffer End Address， 硬件会切换 CMD 读地址到 CMD Buffer Start Address，继续读取长度为 length1 的命令， 此时有效长度 length 由 length0 和 length1 两部分组成，length = length0 + length1

    1. Case 0：CMD Ring Buffer 没有回绕

       

    2. Case 1：CMD Ring Buffer 有回绕

       

CMD Group 格式

每个 CMD Group 都由 group header 和多个 CMD 共同组成。通过 CMD Group 的方式把设置的命令和 GE 的寄存器建立起映射关系：

以下是 GE 部分功能寄存器的列表：

1. 如果CMD Group 对应 GE的0x010、0x014、0x018 3个寄存器：

   • group cmd length：0x0C

   • group cmd offset：0x10

   • task end: 0

   group header	4 bytes (little-endian)	0x0010000C
   CMD 0	4 bytes	映射为寄存器0x010
   CMD 1	4 bytes	映射为寄存器0x014
   CMD 2	4 bytes	映射为寄存器0x018

2. 如果 CMD Group 对应GE的0x030、0x034、0x038、0x03C 4个寄存器：

   • group cmd length：0x10

   • group cmd offset：0x30

   • task end: 0

   group header	4 bytes (little-endian)	0x00300010
   CMD 0	4 bytes	映射为寄存器0x030
   CMD 1	4 bytes	映射为寄存器0x034
   CMD 2	4 bytes	映射为寄存器0x038
   CMD 3	4 bytes	映射为寄存器0x03C

3. 如果CMD Group对应GE的0x030、0x034、0x038、0x03C 4个寄存器, 并且当前 Group为当前Task最后一个Group：

   • group cmd length：0x10

   • group cmd offset：0x30

   • task end: 1

   group header	4 bytes (little-endian)	0x00300011
   CMD 0	4 bytes	映射为寄存器0x030
   CMD 1	4 bytes	映射为寄存器0x034
   CMD 2	4 bytes	映射为寄存器0x038
   CMD 3	4 bytes	映射为寄存器0x03C

限制条件