图形处理系统是当代计算机系统的重要组成部分,传统的图形处理系统都采用一片专用的图形处理器GPU来缓解CPU在图形处理方面的负担,而随着人们对众多电子产品图形显示方面需求的不断提高,对于性能方面略逊一筹的嵌入式系统更需要专门的GPU来处理越来越复杂的图形。传统图形处理器GPU的发展已经相对成熟,而研究适合嵌入式系统的高性能GPU却还有许多问题有待解决。因此,关于嵌入式GPU的设计和研究具有重要的意义。论文在深入了解计算机图形学及相关算法的基础上,回顾了图形处理器及其渲染机制的发展历史,分析了图形系统的组成。论文采用OpenGL作为系统的图形API,选取了21条基本的API命令,定义了它们的渲染列表格式和命令字编码,并以此作为IP核的设计规约。图形管线分为几何和光栅两部分,最终细化为8个模块,分别在四片FPGA上用Verilog语言加以实现。论文对GPU的模块进行了详尽的分析与设计,重点研究实现了几何变换模块的缩放变换和组合变换,光照模块中对两个光源的处理,以及三角形图元的剔除剪切与反走样。IP核的设计、建立、调试及综合仿真都在Quartus II 6.0集成开发环境下面完成,IP核工作频率为50MHz,FPGA的逻辑资源占用率在80%左右,共占用的逻辑单元在60000 LE内。最终在验证平台上能够正确执行所选的21条API命令,并能完成对三维物体的平移、缩放、光照计算、剔除剪切以及光栅化等工作。