Diepgaande duik: De heterogene graphics pipeline van de i.MX RT1170 MCU

Dit artikel onderzoekt de heterogene graphics pipeline van de i.MX RT1170 MCU, met de nadruk op de drie kernversnellingsmotoren.

Ingesloten systemen leveren vandaag de dag een groeiende reeks geavanceerde functies, maar ontwerpers staan voor de uitdaging een gepolijste, intuïtieve gebruikerservaring te bieden zonder de gebruiker te overladen met complexiteit.

Smartphone-achtige grafische gebruikersinterfaces bieden een overtuigende alternatief voor mechanische bediening, met rijke visuals en interactieve feedback. NXP stelt ontwikkelaars in staat dergelijke interfaces te creëren door displaycontrollers en graphics accelerators direct in de i.MX RT1170 crossover MCU te integreren.

Figuur 1. De i.MX RT1170 MCU

De drie display-engines van de i.MX RT1170

De i.MX RT1170 gaat verder dan een traditionele MCU door een 2D vector graphics GPU, een Pixel-Processing Pipeline (PxP) accelerator en een LCDIFV2 displaycontroller te bundelen. Elke engine richt zich op een specifieke set visuele taken, zodat ontwerpers zware werk van de Cortex-M7-kern kunnen offloaden.

De 2D Vector Graphics GPU

In tegenstelling tot pixel-based graphics, die individuele pixels aan een vaste resolutie koppelen, beschrijven vector graphics vormen via mathematische commando's zoals moveTo, lineTo en curveTo. Deze abstractie laat afbeeldingen schalen, roteren of transformeren zonder kwaliteitsverlies, ideaal voor UI-elementen, iconen en logo's.

De GPU van de i.MX RT1170 ondersteunt real-time vector rendering, inclusief affine transformaties (translatie, rotatie, schaling), kleurconversie en beeldmanipulatie. Door deze operaties in hardware af te handelen, bespaart de MCU energie en vindt de CPU ruimte voor applicatielogica.

Het renderen van een vectorafbeelding vereist een render target (het framebuffer), path data (geometriecommando's), fill informatie (regels die bepalen welke pixels binnen een vorm gekleurd worden), transformatiedata (matrices voor geometrische wijzigingen), kleurinformatie en blend regels die bepalen hoe lagen samensmelten. Zie AN13075 voor gedetailleerd API-gebruik.

Figuur 2. Het renderen van vectorafbeeldingen vereist meestal een render target, path data, fill informatie, transformatiedata, kleurinformatie en blend regels.

De fill rule bepaalt hoe overlappende paden gevuld worden. Twee veelvoorkomende regels zijn non-zero en even-odd. De non-zero regel werpt een straal van het punt naar oneindigheid, telt hoeveel keer de straal padsegmenten kruist en telt op of aftrekkend afhankelijk van de richting. De even-odd regel telt simpelweg kruisingen, ongeacht richting, en behandelt de vorm als gevuld wanneer het aantal oneven is.

Affine transformaties worden afgehandeld via 3×3 matrices die translatie, rotatie, schaling en scheef coderen. De GPU past deze matrices toe op elk vertex voor rasterisatie.

Figuur 3. Transformatie wordt uitgevoerd door matrices te manipuleren om verschillende operaties weer te geven. Bij het tekenen van vormen wijzen programmeurs kleurinformatie toe aan elk pad.

De blending rule definieert hoe het alpha-kanaal van een bronpad combineert met het bestemmingsframebuffer. De VGLite API implementeert een suite blending modes (bijv. source-over, destination-over, additive) en is volledig gedocumenteerd in AN13075. VGLite biedt ook een raster pipeline voor bitmapafbeeldingen.

De PxP 2D Accelerator

De PxP-engine is een veelzijdige 2D-accelerator capabel van blitting, alpha blending, kleurruimteconversie, rotatie en schaling. Door deze taken aan PxP te delegeren, vermijden ontwikkelaars CPU-gebonden lussen en bereiken soepelere framerates.

Een veelvoorkomend use case is het compositeren van een achtergrondbuffer met UI-overlays, elk op een andere resolutie. PxP kan deze lagen in een enkele pass schalen en blend. AN12110 biedt een uitgebreid voorbeeld waarin PxP een interne buffer schaalt naar de native resolutie van een LCD.

Het offloaden van routine 2D-operaties naar PxP vrijwaart de Cortex-M7-kern voor applicatielogica, wat latentie en stroomverbruik reduceert – cruciale metrics in batterijgevoede producten.

De LCDIFV2 Display Controller

De LCDIFV2-controller abstracteert het proces van het overbrengen van framebufferdata naar een TFT LCD-paneel. Het ondersteunt tot acht onafhankelijk configureerbare lagen, elk met eigen kleurformaat, grootte en positie. Layer blending vindt volledig in hardware plaats, wat software mixing overbodig maakt.

Met dual-buffer ondersteuning kunnen ontwerpers de ene buffer updaten terwijl de controller de andere toont, voor flikkerloze updates. LCDIFV2 ondersteunt ook het Index8BPP-formaat, waarmee ontwikkelaars 32-bit ARGB-afbeeldingen efficiënt kunnen opslaan via een lookup-tabel en indexarray – details staan in AN13075 en de officiële SDK-samples.

i.MX RT1170 Crossover MCU en ondersteunde apparaten

De heterogene pipeline – 2D GPU, PxP en LCDIFV2 – werkt in concert om ontwikkeling te vereenvoudigen en prestaties te boosten. NXP's ecosysteem reikt verder dan de RT1170: de Cortex-M7 RT1050 en RT106x series voorzien PxP en een LCD-controller, terwijl de Cortex-M33 RT500 een 2D GPU bevat.

NXP ondersteunt deze platforms met uitgebreide API's, SDK's en trainingsmiddelen. De officiële NXP-website host applicatienota's, videotutorials, SDK-voorbeelden en on-demand webinars om ingenieurs te helpen de volledige kracht van de graphics stack te benutten.

Industry Articles zijn een vorm van content die industriële partners in staat stelt nuttig nieuws, berichten en technologie te delen met All About Circuits-lezers op een manier waar redaktionele content niet goed voor geschikt is. Alle Industry Articles zijn onderworpen aan strenge redaktionele richtlijnen met de bedoeling lezers nuttig nieuws, technische expertise of verhalen te bieden. De meningen en standpunten die in Industry Articles worden uitgedrukt, zijn die van de partner en niet noodzakelijk die van All About Circuits of zijn schrijvers.