Plongée dans le pipeline graphique hétérogène du MCU i.MX RT1170

Cet article examine le pipeline graphique hétérogène du MCU i.MX RT1170, en mettant en avant ses trois moteurs d'accélération principaux.

Les appareils embarqués d'aujourd'hui offrent une gamme croissante de fonctionnalités avancées, pourtant les concepteurs sont confrontés au défi de proposer une expérience utilisateur soignée et intuitive sans submerger les utilisateurs de complexité.

Les interfaces graphiques de style smartphone offrent une alternative convaincante aux commandes mécaniques, fournissant des visuels riches et un retour interactif. NXP permet aux développeurs de créer de telles interfaces en intégrant des contrôleurs d'affichage et des accélérateurs graphiques directement dans le MCU crossover i.MX RT1170.

Figure 1. Le MCU i.MX RT1170

Les trois moteurs d'affichage de l'i.MX RT1170

L'i.MX RT1170 va au-delà d'un MCU traditionnel en regroupant un GPU graphique vectoriel 2D, un accélérateur de pipeline de traitement de pixels (PxP) et un contrôleur d'affichage LCDIFV2. Chaque moteur cible un ensemble spécifique de tâches visuelles, permettant aux concepteurs de décharger le travail intensif du cœur Cortex-M7.

Le GPU graphique vectoriel 2D

Contrairement aux graphiques basés sur les pixels, qui associent des pixels individuels à une résolution fixe, les graphiques vectoriels décrivent des formes par des commandes mathématiques telles que moveTo, lineTo et curveTo. Cette abstraction permet aux images de s'échelonner, pivoter ou se transformer sans perte de fidélité, les rendant idéales pour les éléments d'UI, les icônes et les logos.

Le GPU de l'i.MX RT1170 prend en charge le rendu vectoriel en temps réel, incluant les transformations affines (translation, rotation, mise à l'échelle), la conversion de couleurs et la manipulation d'images. En gérant ces opérations en matériel, le MCU économise l'énergie et libère le CPU pour la logique applicative.

Le rendu d'une image vectorielle nécessite une cible de rendu (le framebuffer), des données de chemin (commandes géométriques), des informations de remplissage (règles décidant quels pixels à l'intérieur d'une forme colorier), des données de transformation (matrices pour les changements géométriques), des informations de couleur et des règles de fusion qui régissent la manière dont les calques se combinent. Voir AN13075 pour l'utilisation détaillée de l'API.

Figure 2. Le rendu d'images vectorielles nécessite généralement une cible de rendu, des données de chemin, des informations de remplissage, des données de transformation, des informations de couleur et des règles de fusion.

La règle de remplissage détermine comment les chemins chevauchants sont remplis. Deux règles courantes sont le non-zéro et le pair-impair. La règle non-zéro lance un rayon du point vers l'infini, comptant combien de fois le rayon croise les segments de chemin en ajoutant ou soustrayant selon la direction. La règle pair-impair compte simplement les intersections, indépendamment de la direction, traitant la forme comme remplie lorsque le compte est impair.

Les transformations affines sont gérées via des matrices 3×3 qui encodent translation, rotation, mise à l'échelle et cisaillement. Le GPU applique ces matrices à chaque sommet avant la rastérisation.

Figure 3. La transformation est réalisée en manipulant des matrices pour représenter diverses opérations. Lors du dessin de formes, les programmeurs assignent des informations de couleur à chaque chemin.

La règle de fusion définit comment le canal alpha d'un chemin source se combine avec le framebuffer de destination. L'API VGLite implémente une suite de modes de fusion (ex. : source-dessus, destination-dessus, additif) et est entièrement documentée dans l'AN13075. VGLite offre également un pipeline rastér pour les images bitmap.

L'accélérateur 2D PxP

Le moteur PxP est un accélérateur 2D polyvalent capable de blitting, de fusion alpha, de conversion d'espace colorimétrique, de rotation et de mise à l'échelle. En déléguant ces tâches au PxP, les développeurs évitent les boucles liées au CPU et obtiennent des taux de rafraîchissement plus fluides.

Un cas d'usage courant est la composition d'un tampon d'arrière-plan avec des superpositions d'UI, chacune à des résolutions différentes. Le PxP peut redimensionner et fusionner ces calques en un seul passage. L'AN12110 fournit un exemple complet où le PxP met à l'échelle un tampon interne pour correspondre à la résolution native d'un LCD.

Décharger les opérations 2D de routine vers le PxP libère le cœur Cortex-M7 pour la logique applicative, réduisant la latence et la consommation d'énergie — des métriques clés pour les produits à batterie.

Le contrôleur d'affichage LCDIFV2

Le contrôleur LCDIFV2 abstrait le processus de transfert des données du framebuffer vers un panneau LCD TFT. Il prend en charge jusqu'à huit couches configurables indépendamment, chacune avec son propre format de couleur, taille et position. La fusion des couches se fait entièrement en matériel, éliminant le besoin de mélange logiciel.

Avec la prise en charge de la double mise en tampon, les concepteurs peuvent mettre à jour un tampon pendant que le contrôleur affiche l'autre, obtenant des mises à jour sans scintillement. Le LCDIFV2 prend également en charge le format Index8BPP, permettant aux développeurs de stocker efficacement des images ARGB 32 bits via une table de correspondance et un tableau d'index — les détails figurent dans l'AN13075 et les exemples du SDK officiel.

MCU crossover i.MX RT1170 et appareils pris en charge

Le pipeline hétérogène — GPU 2D, PxP et LCDIFV2 — travaille de concert pour simplifier le développement et booster les performances. L'écosystème de NXP s'étend au-delà du RT1170 : les séries Cortex-M7 RT1050 et RT106x fournissent le PxP et un contrôleur LCD, tandis que le Cortex-M33 RT500 intègre un GPU 2D.

NXP soutient ces plateformes avec des API complètes, des SDK et des ressources de formation. Le site officiel de NXP héberge des notes d'application, des tutoriels vidéo, des exemples SDK et des webinaires à la demande pour aider les ingénieurs à exploiter rapidement toute la puissance de la pile graphique.

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