STM32图形加速器上新：NeoChrome GPU让UI体验再度飞跃

cathy 发布于：周三, 05/18/2022 - 10:55 ，关键词：

海德格尔在上世纪30年代曾说过：我们正在进入一个 “ 世界图像时代。”

从工作电脑到个人手机，从商场橱窗到楼宇电视，生活正在被屏幕所包围。在视觉文化时代，“看”与“被看”成了我们的存在状态。而这一趋势，也迅速主宰了嵌入式系统的世界。MCU是嵌入式产品的核心，它的图形处理性能日益成为关注焦点。

意法半导体不断提升微控制器产品的图形性能，推出NeoChrom GPU，一款内置于特定STM32U5产品中的新型图形处理单元。它优化了翻转、旋转、缩放等动画性能，通过新硬件IP在整体上加快了纹理映射和alpha混合的速度。计算任务被分流到NeoChrom GPU上，大大提高了每秒帧数。因此，类似STM32U5这样的微控制器可以运行之前无法实现的复杂界面。许多客户也在此基础上成功完成了产品开发。此外，TouchGFX从TouchGFX 4.19.1开始，即为NeoChrom GPU提供支持。

从Chrom-ART到NeoChrom GPU的进化

什么是Chrom-ART和NeoChrom GPU？

Chrom-ART是多款STM32 MCU中内嵌的2D加速器（DMA2D），可优化内存访问，以便更快速地操作图像。许多来自意法半导体合作伙伴的工具和产品都使用了Chrom-ART加速器，例如Crank的Storyboard、Twilio的Microvisor，或者来自TouchGFX实现者PsiControl的interface。

NeoChrom GPU正是Chrom-ART的升级版本，在借鉴相同理念的同时，实现了更大优化。新技术基于双线性和点取样特性的纹理映射功能，提供了新的绘图加速并支持动画。因此，过去需要桌面PC机GPU卡才能实现的应用，现在可以在微控制器上运行。

▲ Chrom-ART和NeoChrom之间的参数对比

NeoChrom GPU如何集成到TouchGFX生态系统？

Chrom-ART代表意法半导体对图形优化的第一次尝试。此后，我们收购了TouchGFX，并通过TouchGFX Designer、Simulator和Generator构建了一个完整的生态系统。因此，意法半导体从一开始就将NeoChrom GPU集成到这些工具中。TouchGFX Designer包含的示例代码展示了在圆形显示器上以60帧/秒显示平滑动画。更重要的是，它展示了NeoChrom GPU关闭时对帧速率的影响，从而让决策者认识到它的重要性。同样，纹理映射控件将自动使用新的GPU（如果MCU支持）。因此，新IP在TouchGFX内的即时集成充分印证了意法半导体的生态系统凝聚力。

NeoChrom GPU 如何帮助 STM32 解决图形挑战？

图形性能面临两个主要挑战：每时钟周期指令数限制和内存问题。第一种通常与架构创新有关。微控制器因尺寸和低功耗因素，存在ALU和FPU限制，但改进后的制造工艺可容纳更多晶体管，以处理更多任务。NeoChrom GPU也遵循这样的趋势，硬件IP能够加速更多类型的图形计算。第二个挑战更为棘手，也更加关键，因为内存始终是一种稀缺资源。虽然STM32U599将采用2.5 MB内部RAM（能够存储两个帧缓冲区），但许多嵌入式系统需要外部RAM，这会带来显著的性能损失。

▲STM32U5

为了应对第二个挑战，NeoChrom GPU针对STM32 MCU进行了硬件优化。例如，STM32U5依靠一个8位8线串行外设接口（OSPI）或一个200 MHz频率的16位高速接口（HSPI）与外部存储模块对接，以加快到L2缓存的读取速度。同样，L1缓存可以直接访问内部RAM中的两个832 KB帧缓冲区。因此，由于能够快速访问实时渲染图像所需的所有数据，细分曲面速度显著加快。简而言之，减少访问纹理和其他素材所需的时间帮助工程师优化了性能，最终使渲染速度提高到以前的六倍。

NeoChrom GPU的未来

目前，行业对NeoChrom GPU的反馈非常积极。虽然许多MCU制造商也通过类似的IP来加速图形计算，但特定的STM32优化和TouchGFX生态系统使许多早期alpha测试者都采用NeoChrom GPU，而没有选择其他解决方案。

这一新技术已经应用于TouchGFX 4.19，一些alpha客户已使用即将面市的STM32U599开发套件，开发即时可用的UI。意法半导体还将在其他即将面市的微控制器中应用NeoChrom GPU。