i.MX RT1170 MCUのヘテロジニアスグラフィックスパイプラインを深掘り

i.MX RT1170 MCUのヘテロジニアスグラフィックスパイプラインを検証：3つのコアアクセラレーションエンジンに焦点を当てる

今日の組み込みデバイスは高度な機能を多数提供しますが、設計者はユーザーを複雑さで圧倒することなく、洗練された直感的なユーザー体験を提供するという課題に直面しています。

スマートフォンスタイルのグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）は、メカニカルコントロールに代わる魅力的な選択肢であり、豊かなビジュアルとインタラクティブなフィードバックを提供します。NXPは、ディスプレイコントローラとグラフィックスアクセラレータをi.MX RT1170クロスオーバーMCUに直接統合することで、開発者がこうしたインターフェースを作成できるよう支援しています。

図1. i.MX RT1170 MCU

i.MX RT1170の3つのディスプレイエンジン

i.MX RT1170は、従来のMCUを超えて、2DベクターグラフィックスGPU、ピクセル処理パイプライン（PxP）アクセラレータ、LCDIFV2ディスプレイコントローラをバンドルしています。各エンジンは特定の視覚タスクを対象とし、設計者がCortex-M7コアから重い作業をオフロードできるようにします。

2DベクターグラフィックスGPU

ピクセルベースのグラフィックスが個々のピクセルを固定解像度にマッピングするのに対し、ベクターグラフィックスはmoveTo、lineTo、curveToなどの数学的コマンドで形状を記述します。この抽象化により、画像をスケーリング、回転、変換しても忠実度を失わず、UI要素、アイコン、ロゴに最適です。

i.MX RT1170のGPUは、アフィン変換（移動、回転、スケーリング）、色変換、画像操作を含むリアルタイムベクターレンダリングをサポート。これらの操作をハードウェアで処理することで、MCUは消費電力を抑え、CPUをアプリケーションロジックに解放します。

ベクトル画像のレンダリングには、レンダリングターゲット（フレームバッファ）、パスデータ（ジオメトリコマンド）、塗りつぶし情報（形状内のどのピクセルを着色するかを決めるルール）、変換データ（幾何学的変更のための行列）、色情報、レイヤーのマージを制御するブレンドルールが必要です。詳細なAPI使用法はAN13075を参照してください。

図2. ベクトル画像のレンダリングには通常、レンダリングターゲット、パスデータ、塗りつぶし情報、変換データ、色情報、ブレンドルールが必要

塗りつぶしルールは、重なり合うパスの塗りつぶし方法を決定します。一般的な2つのルールは非ゼロと偶数奇数です。非ゼロルールは点から無限遠へ光線を投射し、光線がパスセグメントを横切る回数を方向に基づいて加減算します。偶数奇数ルールは方向に関係なく横断回数を数え、回数が奇数のときに塗りつぶしとみなします。

アフィン変換は、移動、回転、スケーリング、シアーをエンコードする3×3行列で処理されます。GPUはラスタライゼーション前にこれらの行列を各頂点に適用します。

図3. 変換は行列操作で各種演算を表現。図形描画時、プログラマーは各パスに色情報を割り当てる

ブレンドルールは、ソースパスのアルファチャネルをデスティネーションフレームバッファとどう結合するかを定義します。VGLite APIは一連のブレンドモード（ソースオーバー、デスティネーションオーバー、加算など）を実装し、AN13075で完全に文書化されています。VGLiteはビットマップ画像用のラスターパイプラインも提供します。

PxP 2Dアクセラレータ

PxPエンジンは、ブリット、アルファブレンディング、色空間変換、回転、スケーリングが可能な多機能2Dアクセラレータです。これらのタスクをPxPに委任することで、開発者はCPUバウンドのループを回避し、よりスムーズなフレームレートを達成できます。

一般的なユースケースは、異なる解像度の背景バッファとUIオーバーレイの合成です。PxPはこれらのレイヤーを1パスでリサイズおよびブレンド可能。AN12110では、PxPが内部バッファをスケーリングしてLCDのネイティブ解像度に合わせる包括的な例を提供しています。

ルーチン的な2D操作をPxPにオフロードすることで、Cortex-M7コアがアプリケーションロジックに専念でき、レイテンシと消費電力を削減—バッテリー駆動製品の重要指標です。

LCDIFV2ディスプレイコントローラ

LCDIFV2コントローラは、フレームバッファデータをTFT LCDパネルに転送するプロセスを抽象化します。最大8つの独立して設定可能なレイヤーをサポートし、各レイヤーは独自の色形式、サイズ、位置を持ちます。レイヤーブレンディングは完全にハードウェアで実行されるため、ソフトウェアミキシングが不要です。

デュアルバッファサポートにより、コントローラが一方のバッファを表示している間にもう一方を更新でき、ちらつきのない更新を実現。LCDIFV2はIndex8BPP形式もサポートし、ルックアップテーブルとインデックス配列により32ビットARGB画像を効率的に格納可能—詳細はAN13075と公式SDKサンプルを参照。

i.MX RT1170クロスオーバーMCUと対応デバイス

ヘテロジニアスパイプライン（2D GPU、PxP、LCDIFV2）は連携して開発を簡素化し、パフォーマンスを向上させます。NXPのエコシステムはRT1170を超えて広がり：Cortex-M7のRT1050とRT106xシリーズはPxPとLCDコントローラを提供し、Cortex-M33のRT500は2D GPUを搭載。

NXPは包括的なAPI、SDK、トレーニングリソースでこれらのプラットフォームを支援。公式NXPウェブサイトには、アプリケーションノート、ビデオチュートリアル、SDK例、オンデマンドウェビナーがホストされ、エンジニアがグラフィックススタックの全力を迅速に活用できるよう支援します。

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