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 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 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 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