基于IMx6的opengl圖形著色器開發(fā)研究

燕秀秀

摘要：飛思卡爾的imx6處理器，集成了高達(dá)1GHZ的ARM CortexTM-A9內(nèi)核、2D和3D圖形處理器和3D 1080P視頻處理器，基于imx6的圖形開發(fā)研究和設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)高速生成畫面，提高圖形顯示質(zhì)量。本文主要研究了opengl的基于著色器的編程思路和imx6的圖形開發(fā)方式，基本完成了基于opengl 2.0的圖形天地球演示畫面。同時由于imx6的高性能和低功耗，可用于將來顯示器的圖形顯示模塊，一定能適應(yīng)航空電子顯示環(huán)境的嚴(yán)酷。

關(guān)鍵詞：Opengl著色器;imx6

一、第一章

Opengl 是一個跨編程、跨平臺的編程語言，支持生成二維、 三維圖形圖像。Opengl 是與硬件無關(guān)的軟件接口，可以運(yùn)行在 多個平臺上，提供一組功能強(qiáng)大的底層函數(shù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)簡單圖 元到復(fù)雜圖像的繪制。Opengl2.0，使用可編程著色器 （programmable shade）的著色語言編寫。著色器是用來渲染圖 像，可以代替固定渲染管線，分為頂點(diǎn)著色器和片段著色器。 其中，頂點(diǎn)著色器，主要進(jìn)行頂點(diǎn)的相關(guān)操作，是描述如何處 理頂點(diǎn)和法線等。片段著色器，是描述如何處理陰影、光線等。

（一）創(chuàng)建著色器

使用頂點(diǎn)著色器或者片段著色器的3個步驟：創(chuàng)建一個著 色器對象glcreateshader（）;把著色器源代碼變?yōu)闉槟繕?biāo)碼 glcompileshader（）;驗(yàn)證著色器已成功編譯glgetshaderir（）。其中 如果編譯著色器失敗，可以讀取編譯錯誤日志 glgetshaderinfolog（）。

把多個著色器對象鏈接到一個著色器程序中，需要5個步 驟：創(chuàng)建著色器程序glcreatprogram（）;把適當(dāng)?shù)闹鲗ο箧?接到這個著色器程序中g(shù)lattachshader（）;連接著色器程序 gllinkprogram（）;驗(yàn)證著色器連接階段已經(jīng)成功glgetprogramiv（）; 使用著色器進(jìn)行頂點(diǎn)或者片段處理gluseprogram（）。

（二）配置頂點(diǎn)數(shù)據(jù)

在設(shè)置完頂點(diǎn)著色器或者片段著色器之后，需要將所要 繪制的圖元頂點(diǎn)配置在對應(yīng)的著色器中，也就是給著色器提供 數(shù)據(jù)vec（）或mat（），以便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用變換。訪問數(shù) 據(jù)具體有三種方式，訪問向量或矩陣的元素，訪問矩陣，訪問 結(jié)構(gòu)。其中訪問向量或矩陣中的元素有兩種方式，名稱訪問和 下標(biāo)訪問。在名稱訪問中，與位置有關(guān)的四個成分（x，y，z，w）， 與顏色相關(guān)的四個成分（r，g，b，a），與紋理坐標(biāo)相關(guān)的四個成 分（s，t，p，q）。下標(biāo)訪問，通過數(shù)組索引進(jìn)行訪問元素。如圖1 是 opengl的頂點(diǎn)映射在LCD上的坐標(biāo)系。

（三）類型限定符

統(tǒng)一變量 Uniform，是頂點(diǎn)著色器和片段著色器共享， 必須聲明為全局變量，任何類型的變量，都可以聲明為 uniform 變量，包括數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)體，這些值在幾何圖形中可以一直為常 量。屬性 Attribute，是頂點(diǎn)著色器的輸入變量關(guān)鍵字，支持?jǐn)?shù) 據(jù)更新。Varying，是片段著色器的輸入變量關(guān)鍵字。

二、第二章

Imx6 系列處理器有四核imx 6Quad、雙核imx6Dual、單核 imx6Solo 三個子系列。 imx系列處理器支持DDR3、 LV-DDR3、 LPDDR2 等存儲芯片。

本文研究中，使用飛思卡爾的MARS Board，飛思卡爾半 導(dǎo)體公司長久致力于研究工業(yè)控制的應(yīng)用，有著成熟的產(chǎn)品體 系、開發(fā)技術(shù)支持和哦年工業(yè)級芯片的制造能力和經(jīng)驗(yàn)，在嵌 入式處理器市場排名很高，其產(chǎn)品具有長期穩(wěn)定的供貨保證， 工業(yè)級產(chǎn)品具有至少10年的供貨保證【1】。最終選擇了飛思卡爾 的imx系列芯片作為軟件開發(fā)設(shè)計的支撐。imx 6Dual處理器集 成了高達(dá)1GHz的ARM Cortex?-A9 內(nèi)核、2D和3D圖形處理 器和3D 1080p視頻處理器。MarS Board評估板具有豐富的接口， 包括HDMI接口、LVDS 接口、Mini USB OTG接口、Mini USB Debug接口、RJ45接口、USB Host接口、TF卡接口和LCD顯示 接口[2]，能夠幫助開發(fā)者針對上網(wǎng)本、桌面一體機(jī)、高端移動 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、高端掌上電腦、高端便攜式媒體播放器、游戲機(jī) 和便攜式導(dǎo)航設(shè)備等各種不同領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)。

本文使用Linux平臺運(yùn)行軟件，使用VirtualBox虛擬機(jī)來在 windows系統(tǒng)安裝Ubuntu Linux操作系統(tǒng)。

三、第三章

Opengl 提供的圖形設(shè)計程序API，在函數(shù)命名和函數(shù)參數(shù) 命名上都能夠做到直觀易懂，便于程序員使用。著色器是opengl 的核心部分，能靈活使用著色器的API函數(shù)，是渲染場景的重 要手段。

本文使用硬件的火星開發(fā)板，以及基于Linux平臺下的軟件 語言opengl，利用著色器編程思想，成功搭建了航空顯示器中 的天地球畫面的演示，包括航姿數(shù)據(jù)顯示及航向角的顯示，并 支持二維圖形的顯示和旋轉(zhuǎn)等。imx6的應(yīng)用前景十分廣泛，對 imx6的展望，后續(xù)可以繼續(xù)深入研究使用imx系列的幾何著色 器以及三維顯示和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高與聰，大連理工大學(xué)，基于imx6的車載視頻播放 單元的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，大連， 2014

[2]Imx 6Dual/6Quad Applications Processors for Industrial Products. http：//cache.freescale.com