STM32U5新圖形處理單元支持NeoChrom GPU

隨著 ST 繼續(xù)改進(jìn)其微控制器的圖形性能，我們推出 NeoChrom GPU，這是某些STM32U5中的新圖形處理單元。該技術(shù)優(yōu)化了動(dòng)畫，例如翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、縮放、縮放等。簡(jiǎn)而言之，新的硬件 IP 加速了紋理映射和 alpha 混合。將這些計(jì)算卸載到 NeoChrom GPU 極大地增加了每秒的幀數(shù)。因此，像 STM32U5 這樣的微控制器可以運(yùn)行以前遙不可及的復(fù)雜接口。ST的一些客戶在其上成功完成了產(chǎn)品開發(fā)。此外，我們確保從 TouchGFX 4.19.1 開始提供對(duì) NeoChrom GPU 的支持。

從 Chrom-ART 到 NeoChrom GPU

什么是 Chrom-ART 和 NeoChrom GPU？

熟悉 ST 技術(shù)的讀者可以猜測(cè)，NeoChrom GPU 是 Chrom-ART 的下一個(gè)演進(jìn)。后者是嵌入在多個(gè) STM32 MCU 中的 2D 加速器 （DMA2D），可優(yōu)化內(nèi)存訪問(wèn)以更快地處理圖像。ST 合作伙伴的許多工具和產(chǎn)品都使用它，例如Crank 的 Storyboard、Twilio的 Microvisor 或 PsiControl 的接口，一個(gè) TouchGFX 實(shí)現(xiàn)者，僅舉三例。相比之下，NeoChrom GPU 借鑒了相同的理念，同時(shí)提供了更大范圍的優(yōu)化。由于具有雙線性和點(diǎn)采樣的紋理映射，新技術(shù)提供了新的繪圖加速并支持動(dòng)畫。因此，過(guò)去需要臺(tái)式 PC GPU 卡的東西現(xiàn)在可以在微控制器上運(yùn)行。

比較 Chrom-ART 和 NeoChrom 之間的規(guī)格

NeoChrom GPU 如何融入 TouchGFX 生態(tài)系統(tǒng)？

從歷史上看，Chrom-ART 代表了 ST 首次涉足圖形優(yōu)化領(lǐng)域之一。從那時(shí)起，我們收購(gòu)了 TouchGFX，并用TouchGFX Designer、Simulator 和 Generator構(gòu)建了一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。因此，ST 從一開始就將 NeoChrom GPU 集成到這些工具中。TouchGFX Designer 包含演示在圓形顯示器上以 60 FPS 運(yùn)行的流暢動(dòng)畫。更重要的是，它顯示了 NeoChrom GPU 關(guān)閉時(shí)對(duì)幀速率的影響，以幫助決策者了解其重要性。同樣，如果 MCU 支持，紋理映射小部件將自動(dòng)使用新的 GPU。因此，新 IP 在 TouchGFX 中的直接集成是 ST 凝聚力生態(tài)系統(tǒng)的見證，而不是簡(jiǎn)單的功能列表。

從 NeoChrom GPU 到真實(shí)世界的性能

圖形性能的挑戰(zhàn)是什么？

圖形性能存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：每時(shí)鐘指令限制和內(nèi)存問(wèn)題。第一個(gè)通常遵循架構(gòu)創(chuàng)新。微控制器由于其尺寸和低功耗而受到 ALU 和 FPU 的限制，但制造工藝的改進(jìn)允許更多的晶體管能夠處理更多的操作。NeoChrom GPU 緊跟這一趨勢(shì)，硬件 IP 加速了更多類型的圖形計(jì)算。第二個(gè)挑戰(zhàn)更棘手，但更為關(guān)鍵，因?yàn)閮?nèi)存將永遠(yuǎn)是一種稀缺資源。雖然 STM32U599 將配備 2.5 MB 的內(nèi)部 RAM，能夠存儲(chǔ)兩個(gè)幀緩沖區(qū)，但許多嵌入式系統(tǒng)需要外部 RAM。問(wèn)題在于它會(huì)帶來(lái)顯著的性能損失。

什么是獨(dú)特的 STM32 實(shí)現(xiàn)？

為了解決第二個(gè)挑戰(zhàn)，NeoChrom GPU 提供了針對(duì) STM32 MCU 的硬件優(yōu)化。例如，STM32U5 依靠 8 位八路串行外設(shè)接口 （OSPI） 或 200 MHz 的 16 位高速接口 （HSPI） 連接到外部存儲(chǔ)器模塊，以加快對(duì) L2 高速緩存的提取操作。同樣，L1 緩存可以直接訪問(wèn)內(nèi)部 RAM 中的兩個(gè) 832 KB 幀緩沖區(qū)。因此，由于可以快速訪問(wèn)實(shí)時(shí)渲染圖像所需的所有數(shù)據(jù)，曲面細(xì)分速度顯著加快。簡(jiǎn)而言之，我們的工程師通過(guò)減少訪問(wèn)紋理和其他資產(chǎn)所需的時(shí)間來(lái)優(yōu)化性能，最終將渲染速度提高了六倍。

下一步是什么？

NeoChrom GPU 的第一個(gè)行業(yè)反饋非常積極。雖然許多 MCU 制造商都有類似的 IP 來(lái)加速圖形計(jì)算，但特定的 STM32 優(yōu)化和 TouchGFX 生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)致許多早期的 alpha 測(cè)試人員采用 NeoChrom GPU 而不是競(jìng)爭(zhēng)解決方案。TouchGFX 4.19已經(jīng)支持這項(xiàng)新技術(shù)，一些 alpha 客戶已經(jīng)使用即將推出的 STM32U599 開發(fā)套件開發(fā)可生產(chǎn)的 UI。ST 還將在其他即將推出的微控制器中包含 NeoChrom GPU，我們將在它們公開后更新此博客文章。

審核編輯：郭婷