S1D13A05芯片在图形驱动中的硬件加速技术

摘要：简述了爱普生S1D13A05芯片的架构特征，并且介绍了其中的2D硬件加速引擎的工作模式和相关的寄存器设置，最后以VxWorks操作系统作为开发环境，基于风河公司WindML图形开发包，对S1D13A05芯片的图形驱动软件开发中的硬件加速技术进行了解析。
关键词：S1D13A05；2D硬件加速；图形驱动软件

1 S1D13A05芯片简介
    爱普生S1D13A05是一款使用非常多的LCD控制及USB协议芯片，它可以和多款不同型号的微处理器连接，包括Hitachi SH-4／SH-3，Mot-orola M68xxx和Dragonball系列等。
    S1D13A05集成了一个USB从属控制器和一个LCD图形控制器，嵌入有256 KB SDRAM的显示存储。为了让设计者能够达到节省成本与省电的目的，这一款液晶显示器控制器可以支持所有标准的被动式与主动式(TFT)面板类型，因此不需要使用外部时序控制IC。S1D13A05还包含一个硬件加速引擎，可以大大增强屏幕绘画功能，内置的USB控制器可以兼容1．1版本的USB客户端应用程序。
    S1D13A05采用安全可靠的低延迟CPU架构，可以为没有READY／WAIT#握手信号的微处理器提供支持。32位的内部数据通道，写缓存以及硬件加速引擎提供了到显存的高性能带宽，从而允许快速的显示更新。

2 2D加速引擎
    S1D13A05内置有一个2D加速引擎，这个引擎可以大大加速BitBLT操作的性能。BitBLT引擎根据寄存器设置的值，对内存或者显存中相应的数据进行操作和更新，再写回内存或显存。它提供了快速的带光栅操作的块拷贝，透明块拷贝，固定图样填充(solid fill)和图样填充(p-attern fill)，颜色扩展(color expansion)等操作。
    该引擎支持矩形和线性地址模式的源到端BitBLT操作(如图1～图4所示)，支持字节对齐。所有的操作均不需要CPU的干预，并且有一个专门的BitBLT I／O访问空间，从而加速了图形的处理速度。

3 2D加速引擎相关寄存器及其设置
    S1D13A05芯片中与2D硬件加速相关的寄存器如下：
    (1)BitBLT控制寄存器(BitBLT Control Register)。该寄存器控制2D加速引擎。最低位(Bit0)设置为1则开始2D BitBLT操作。Bitl6设置为1则源地址模式为线性，否则为矩形。Bit17设置目的地址模式。Bit18设置颜色模式，0表示8位颜色深度，1表示16位颜色深度。
    (2)BitBLT状态寄存器(BitBLT Status Register)。该寄存器可以查看2D操作当前状态。最低位(Bit0)为1表示2D BitBlt操作进行中，0表示空闲。Bit4为1表示数据队列已满，为0则队列未满。Bit5为1表示队列超过一半满，否则不足一半。Bit6为1表示队列中至少有一个数据，否则为空。Bit20～16指示了队列中空项的数目，Bit28～24指示了队列中正在使用的项的数目。
    (3)BitBLT命令寄存器(BitBLT Command Register)。该寄存器设置光栅操作，颜色扩展及BitBLT操作选项。Bit3～0指示了BitBLT操作的类型：带ROP的写操作，读操作，带ROP的正向移动移动，带ROP的反向移动，透明写，透明移动，带ROP的图样填充，透明的图样填充，颜色扩展，透明颜色扩展，带颜色扩展的移动，带颜色扩展的透明移动，固定图样填充。Bit19～16指定了ROP操作和颜色扩展选项。
    (4)BitBLT源起始地址寄存器(BitBLT Source Start Address Registe)。计算公式为：源起始地址一模式基地址+模式行偏移+像素偏移。
    (5)BitBLT目的起始地址寄存器(BitBLT Destination Start Address Register)。Bit20～0指定了BitBLt操作的目的起始地址。
    (6)BitBLT内存地址偏移寄存器(BitBLT Memory Address Offset Register)。该寄存器仅用于计算机内存到帧缓冲的拷贝模式，Bit10～0用于设置第N行与第N+1行之间的地址偏移。
    (7)BitBLT宽度寄存器(BitBLT Width Register)。用于设置地址模式为矩形时的宽度，Bit9～0设置为宽度像素-1。
    (8)BitBLT高度寄存器(BitBLT Height Register)。用于设置地址模式为矩形时的高度，Bit9～0设置为高度像素-1。
    (9)BitBLT背景色颜色寄存器(BitBLT Background Color Register)。若为8位颜色模式，则Bit7～0指示了背景色在颜色查找表中的索引；若为16位颜色模式，则Bit15～0指示了背景色在颜色查找表中的索引。
    (10)BitBLT前景色颜色寄存器(BitBLT Foreground Color Register)。若为8位颜色模式，则Bit7～0指示了前景色在颜色查找表中的索引；若为16位颜色模式，则Bit15～0指示了前景色在颜色查找表中的索引。
    (11)BitBLT数据寄存器(BitBLT Data Register)。Bit15～0指定了BitBLT的数据。

4 S1D13A05图形驱动中的2D加速实现
    下面以VxWorks为开发环境，基于WindML图形开发包，对S1D13A05的图形驱动开发中的硬件加速问题进行解析。
4. 1 初始化
    初始化图形设备时，通过一个宏定义来实现对硬件加速的开关。如果需要硬件加速，则让图形设备指针的bitmapBlt例程指向ug1Epson-8BitBitmapBlt函数。

4．2 不同的源和目的模式
    在ug1Epson8BitBitmapBlt函数中，考虑到S1D13A05支持双缓冲，因此显存有两个帧缓冲区，需要判断不同的块拷贝情况，分别是：
    ◆透明位图从帧缓冲Blt到帧缓冲(矩形至矩形的方式)
    ◆透明位图从帧缓冲Blt到帧缓冲(线性至矩形的方式)
    ◆透明位图从帧缓冲Blt到帧缓冲(矩形至线性的方式)
    ◆透明位图从系统内存Blt到帧缓冲
    ◆位图从帧缓冲Blt到帧缓冲(矩形至矩形的方式)
    ◆位图从帧缓冲Blt到帧缓冲(线性至矩形的方式)
    ◆位图从帧缓冲Blt到帧缓冲(矩形至线性的方式)
    ◆位图从系统内存Blt到帧缓冲
4．3 具体实现
    以从帧缓冲到帧缓冲(矩形至矩形的方式)为例：
 
   

5 小结
    本文以VxWorks为开发环境，基于WindML图形开发库，详细介绍了爱普生公司的S1D13A05芯片在图形驱动开发过程中的2D加速实现。对2D加速过程中块拷贝操作的不同源和地址模式、相关寄存器的作用和设置，以及图形驱动软件中的相关实现都作了详细论述。