C++とFPGAでGPUを作成する方法
テーブルオブコンテンツ：
- 導入
- C++を使ったGPUの作成
- VGA信号の生成
- FPGA開発ボードとVGAアダプター
- VGAアダプターの機能
- C++プログラムでのVGA信号生成
- テクスチャの描画
- 三角形の描画
- 100行のコードで作成したもの
- まとめ
C++を使ってGPUを作成する方法
さて、今日はC++とFPGAを使用してGPUを作成する方法について説明します。このGPUはVGA信号を生成するため、その仕組みについて簡単に説明します。古いカソード線テレビを思い出してください。バックには物理的な電子銃があり、その電子ビームを発射します。このビームはディスプレイを左から右へ走査し、その間にVGAポートの赤、緑、青ピンのアナログデータを読み取ります。一行の終わりに到達すると、水平同期信号が低電圧に切り替わり、ビームが開始地点に戻り、次の行に移動します。これを繰り返してディスプレイの最後まで行くと、垂直同期が切り替わり、ディスプレイの始まりに戻ることを示します。
FPGA開発ボードとVGAアダプター
このGPUを作成するために、RTA7 FPGA開発ボードを使用し、それをVGAアダプターに接続します。VGAアダプターには、4つのバイナリ入力を取り、抵抗ラダーを使用してアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器が3つ含まれています。非常にシンプルなデバイスです。
C++プログラムでのVGA信号生成
さて、ここからはC++のプログラムについて説明します。まず、この関数のトップでは、水平同期、垂直同期、赤、緑、青の5つの出力を持つことを宣言しています。
次に、大きなwhileループがあります。これは無限ループで、常に繰り返されます。さらに、forループがあり、各行ごとに繰り返します。そして、内側のforループをパイプライン処理するためのpragmaがあります。
次に、xy enableという変数があります。これは、描画領域内にいる場合にtrueとなります。描画領域内であれば、xとyの座標に基づいて数式を使用して赤、緑、青を設定できます。描画領域外であれば、それらを0に設定します。
このC++のコードをHLSを使用して実行し、XilinxのVivadoパッケージでVerilogに変換することができます。そして、クロック周波数や出力の設定に応じて、VGA信号を生成することができます。
テクスチャの描画
この段階では、テクスチャの描画に取り組みましょう。まず、色の構造体を定義し、指定した座標に基づいて色を返す関数を作成します。
それから、初期のコードに行を追加し、表示の対応する座標にピクセルの色を取得または設定します。数式を出力する代わりに、対応する色を出力します。このコードをツールに通すと、繰り返しタイル状のスカイテクスチャが表示されます。
三角形の描画
さらに進んで、三角形の描画に取り組みましょう。座標をxとyの値として、ポイントとトライアングルをそれぞれ構造体として定義します。そして、バリセントリック座標を使用して、与えられた点が与えられた三角形内部にあるかどうかを判断するコードをStack Overflowから取得します。
メインループにさらに変更を加えます。三角形を定義し、ピクセルの色を取得し、トライアングル内にある場合は赤に設定し、外にある場合はスカイピクセルに設定します。
これらの変更をツールに通すと、スカイの背景に赤い三角形が表示されます。
100行のコードで作成したもの
最後に、わずか100行のコードで、赤い三角形、テクスチャ、VGA信号の生成が行えることをご確認いただけます。
まとめ：
今日はC++とFPGAを使用してGPUを作成する方法について説明しました。VGA信号の生成方法、FPGA開発ボードとVGAアダプターの使い方、C++プログラムでのVGA信号生成方法、テクスチャの描画方法、三角形の描画方法について説明しました。100行のコードでこれらの機能を実現することができます。詳細な手順は上記の内容をご参照ください。
FAQ Q&A:
Q: GPUを作成するために必要なものは何ですか？
A: GPUを作成するためには、FPGA開発ボード、VGAアダプター、C++プログラムが必要です。
Q: VGA信号の生成方法は何ですか？
A: VGA信号は、FPGA開発ボードを使用し、VGAアダプターを接続することで生成されます。
Q: 100行のコードで何ができますか？
A: 100行のコードで、赤い三角形の描画、テクスチャの描画、VGA信号の生成が行えます。
参考資料：
WHY YOU SHOULD CHOOSE TOOLIFY
