STM32圖形加速器上新：NeoChrome GPU讓UI體驗再度飛躍

作者：時間：2022-05-19 來源：意法半導體

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海德格爾在上世紀30年代曾說過：我們正在進入一個 “ 世界圖像時代?！?/p>本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202205/434237.htm

從工作電腦到個人手機，從商場櫥窗到樓宇電視，生活正在被屏幕所包圍。在視覺文化時代，“看”與“被看”成了我們的存在狀態(tài)。而這一趨勢，也迅速主宰了嵌入式系統(tǒng)的世界。MCU是嵌入式產(chǎn)品的核心，它的圖形處理性能日益成為關注焦點。

意法半導體不斷提升微控制器產(chǎn)品的圖形性能，推出NeoChrom GPU，一款內(nèi)置于特定STM32U5產(chǎn)品中的新型圖形處理單元。它優(yōu)化了翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、縮放等動畫性能，通過新硬件IP在整體上加快了紋理映射和alpha混合的速度。計算任務被分流到NeoChrom GPU上，大大提高了每秒幀數(shù)。因此，類似STM32U5這樣的微控制器可以運行之前無法實現(xiàn)的復雜界面。許多客戶也在此基礎上成功完成了產(chǎn)品開發(fā)。此外，TouchGFX從TouchGFX 4.19.1開始，即為NeoChrom GPU提供支持。

從Chrom-ART到NeoChrom GPU的進化

什么是Chrom-ART和NeoChrom GPU？

Chrom-ART是多款STM32 MCU中內(nèi)嵌的2D加速器（DMA2D），可優(yōu)化內(nèi)存訪問，以便更快速地操作圖像。許多來自意法半導體合作伙伴的工具和產(chǎn)品都使用了Chrom-ART加速器，例如Crank的Storyboard、Twilio的Microvisor，或者來自TouchGFX實現(xiàn)者PsiControl的interface。

NeoChrom GPU正是Chrom-ART的升級版本，在借鑒相同理念的同時，實現(xiàn)了更大優(yōu)化。新技術(shù)基于雙線性和點取樣特性的紋理映射功能，提供了新的繪圖加速并支持動畫。因此，過去需要桌面PC機GPU卡才能實現(xiàn)的應用，現(xiàn)在可以在微控制器上運行。

▲ Chrom-ART和NeoChrom之間的參數(shù)對比

NeoChrom GPU如何集成到TouchGFX生態(tài)系統(tǒng)？

Chrom-ART代表意法半導體對圖形優(yōu)化的第一次嘗試。此后，我們收購了TouchGFX，并通過TouchGFX Designer、Simulator和Generator構(gòu)建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。因此，意法半導體從一開始就將NeoChrom GPU集成到這些工具中。TouchGFX Designer包含的示例代碼展示了在圓形顯示器上以60幀/秒顯示平滑動畫。更重要的是，它展示了NeoChrom GPU關閉時對幀速率的影響，從而讓決策者認識到它的重要性。同樣，紋理映射控件將自動使用新的GPU（如果MCU支持）。因此，新IP在TouchGFX內(nèi)的即時集成充分印證了意法半導體的生態(tài)系統(tǒng)凝聚力。

NeoChrom GPU 如何幫助 STM32 解決圖形挑戰(zhàn)？

圖形性能面臨兩個主要挑戰(zhàn)：每時鐘周期指令數(shù)限制和內(nèi)存問題。第一種通常與架構(gòu)創(chuàng)新有關。微控制器因尺寸和低功耗因素，存在ALU和FPU限制，但改進后的制造工藝可容納更多晶體管，以處理更多任務。NeoChrom GPU也遵循這樣的趨勢，硬件IP能夠加速更多類型的圖形計算。第二個挑戰(zhàn)更為棘手，也更加關鍵，因為內(nèi)存始終是一種稀缺資源。雖然STM32U599將采用2.5 MB內(nèi)部RAM（能夠存儲兩個幀緩沖區(qū)），但許多嵌入式系統(tǒng)需要外部RAM，這會帶來顯著的性能損失。

▲STM32U5

為了應對第二個挑戰(zhàn)，NeoChrom GPU針對STM32 MCU進行了硬件優(yōu)化。例如，STM32U5依靠一個8位8線串行外設接口（OSPI）或一個200 MHz頻率的16位高速接口（HSPI）與外部存儲模塊對接，以加快到L2緩存的讀取速度。同樣，L1緩存可以直接訪問內(nèi)部RAM中的兩個832 KB幀緩沖區(qū)。因此，由于能夠快速訪問實時渲染圖像所需的所有數(shù)據(jù)，細分曲面速度顯著加快。簡而言之，減少訪問紋理和其他素材所需的時間幫助工程師優(yōu)化了性能，最終使渲染速度提高到以前的六倍。

NeoChrom GPU的未來

目前，行業(yè)對NeoChrom GPU的反饋非常積極。雖然許多MCU制造商也通過類似的IP來加速圖形計算，但特定的STM32優(yōu)化和TouchGFX生態(tài)系統(tǒng)使許多早期alpha測試者都采用NeoChrom GPU，而沒有選擇其他解決方案。

這一新技術(shù)已經(jīng)應用于TouchGFX 4.19，一些alpha客戶已使用即將面市的STM32U599開發(fā)套件，開發(fā)即時可用的UI。意法半導體還將在其他即將面市的微控制器中應用NeoChrom GPU。