심층 분석: i.MX RT1170 MCU의 이종 그래픽 파이프라인

이 기사는 i.MX RT1170 MCU의 이종 그래픽 파이프라인을 다루며, 세 가지 핵심 가속 엔진을 강조합니다.

오늘날 임베디드 기기는 점점 더 고급 기능을 제공하지만, 설계자는 사용자를 복잡함으로 압도하지 않으면서 세련되고 직관적인 사용자 경험을 제공해야 하는 과제에 직면합니다.

스마트폰 스타일의 그래픽 사용자 인터페이스는 기계식 제어의 매력적인 대안으로, 풍부한 비주얼과 인터랙티브 피드백을 제공합니다. NXP는 디스플레이 컨트롤러와 그래픽 가속기를 i.MX RT1170 크로스오버 MCU에 직접 통합함으로써 개발자들이 이러한 인터페이스를 만들 수 있게 합니다.

그림 1. i.MX RT1170 MCU

i.MX RT1170의 세 가지 디스플레이 엔진

i.MX RT1170은 기존 MCU를 넘어 2D 벡터 그래픽 GPU, 픽셀 처리 파이프라인(PxP) 가속기, LCDIFV2 디스플레이 컨트롤러를 번들로 제공합니다. 각 엔진은 특정 시각 작업을 겨냥하여 Cortex-M7 코어에서 무거운 작업을 오프로드할 수 있게 합니다.

2D 벡터 그래픽 GPU

픽셀 기반 그래픽이 개별 픽셀을 고정 해상도에 매핑하는 반면, 벡터 그래픽은 moveTo, lineTo, curveTo 같은 수학적 명령으로 모양을 설명합니다. 이 추상화는 이미지가 충실도 손실 없이 확대, 회전, 변환될 수 있게 하여 UI 요소, 아이콘, 로고에 이상적입니다.

i.MX RT1170의 GPU는 아핀 변환(이동, 회전, 스케일링), 색상 변환, 이미지 조작을 포함한 실시간 벡터 렌더링을 지원합니다. 이러한 연산을 하드웨어에서 처리함으로써 MCU는 전력을 절약하고 CPU를 애플리케이션 로직에 집중시킬 수 있습니다.

벡터 이미지 렌더링에는 렌더링 타겟(프레임버퍼), 경로 데이터(기하 명령), 채우기 정보(모양 내부 어떤 픽셀을 칠할지 결정하는 규칙), 변환 데이터(기하 변환용 행렬), 색상 정보, 레이어 병합을 제어하는 블렌드 규칙이 필요합니다. 자세한 API 사용법은 AN13075를 참조하세요.

그림 2. 벡터 이미지 렌더링에는 일반적으로 렌더링 타겟, 경로 데이터, 채우기 정보, 변환 데이터, 색상 정보, 블렌드 규칙이 필요합니다.

채우기 규칙은 겹치는 경로가 어떻게 채워지는지 결정합니다. 일반적인 두 규칙은 non-zero와 even-odd입니다. Non-zero 규칙은 점에서 무한대까지 광선을 쏘아 경로 세그먼트와의 교차 횟수를 세고 방향에 따라 더하거나 뺍니다. Even-odd 규칙은 방향에 관계없이 교차 횟수만 세어 홀수일 때 채워진 것으로 처리합니다.

아핀 변환은 이동, 회전, 스케일링, 전단을 인코딩하는 3×3 행렬로 처리됩니다. GPU는 래스터화 전에 각 정점에 이 행렬을 적용합니다.

그림 3. 변환은 다양한 연산을 나타내도록 행렬을 조작하여 수행됩니다. 모양을 그릴 때 프로그래머는 각 경로에 색상 정보를 할당합니다.

블렌딩 규칙은 소스 경로의 알파 채널이 대상 프레임버퍼와 어떻게 결합되는지 정의합니다. VGLite API는 소스-오버, 데스티네이션-오버, 가산 등 다양한 블렌딩 모드를 구현하며 AN13075에 완전히 문서화되어 있습니다. VGLite는 비트맵 이미지를 위한 래스터 파이프라인도 제공합니다.

PxP 2D 가속기

PxP 엔진은 블리팅, 알파 블렌딩, 색공간 변환, 회전, 스케일링이 가능한 다재다능한 2D 가속기입니다. 이러한 작업을 PxP에 위임함으로써 개발자는 CPU 바운드 루프를 피하고 더 부드러운 프레임 레이트를 달성합니다.

일반적인 사용 사례는 서로 다른 해상도의 배경 버퍼와 UI 오버레이를 합성하는 것입니다. PxP는 이 레이어들을 단일 패스로 리사이즈하고 블렌딩할 수 있습니다. AN12110은 PxP가 내부 버퍼를 LCD의 기본 해상도에 맞춰 스케일링하는 종합적인 예제를 제공합니다.

일상적인 2D 연산을 PxP에 오프로드함으로써 Cortex-M7 코어가 애플리케이션 로직에 집중할 수 있게 되어 지연 시간과 전력 소모를 줄입니다. 이는 배터리 구동 제품의 핵심 지표입니다.

LCDIFV2 디스플레이 컨트롤러

LCDIFV2 컨트롤러는 프레임버퍼 데이터를 TFT LCD 패널로 전송하는 과정을 추상화합니다. 최대 8개의 독립적으로 구성 가능한 레이어를 지원하며, 각 레이어는 자체 색상 포맷, 크기, 위치를 가집니다. 레이어 블렌딩은 전적으로 하드웨어에서 이루어져 소프트웨어 믹싱이 필요 없습니다.

듀얼 버퍼 지원으로 설계자는 컨트롤러가 다른 버퍼를 표시하는 동안 한 버퍼를 업데이트할 수 있어 깜빡임 없는 업데이트를 달성합니다. LCDIFV2는 Index8BPP 포맷도 지원하여 개발자가 32비트 ARGB 이미지를 룩업 테이블과 인덱스 배열로 효율적으로 저장할 수 있게 합니다. 자세한 내용은 AN13075와 공식 SDK 샘플을 참조하세요.

i.MX RT1170 크로스오버 MCU와 지원 기기들

이종 파이프라인(2D GPU, PxP, LCDIFV2)은 개발을 단순화하고 성능을 높이는 데 협력합니다. NXP의 생태계는 RT1170을 넘어섭니다: Cortex-M7 RT1050과 RT106x 시리즈는 PxP와 LCD 컨트롤러를 제공하며, Cortex-M33 RT500은 2D GPU를 통합합니다.

NXP는 포괄적인 API, SDK, 교육 리소스로 이 플랫폼들을 지원합니다. 공식 NXP 웹사이트에는 애플리케이션 노트, 비디오 튜토리얼, SDK 예제, 주문형 웨비나가 있어 엔지니어들이 그래픽 스택의 모든 힘을 빠르게 활용할 수 있게 돕습니다.

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