随着嵌入式系统对计算机绘图能力要求的不断提高,完全依靠单一CPU绘制复杂的三维图形很难达到交互性的实时要求。因此,在嵌入式系统中加入一块专用的图形处理器GPU芯片来提高图形的绘制速度,将CPU从繁重的图形计算任务中解放出来的需求变得越来越迫切。在这种趋势下,研究和设计适合嵌入式系统使用的图形处理器具有重要意义。论文首先回顾了图形处理器的发展历史,分析了图形系统的构成。典型的图形系统由图形API、GPU的驱动程序以及硬件三部分组成。论文采用OpenGL作为系统的图形API,从中选取23条常用命令,设计了它们的渲染列表,以此作为嵌入式GPU的设计规约。在此基础上,定义并实现了与所选命令对应的GPU驱动程序,从而将图形API翻译为GPU能够执行的渲染列表。论文重点研究了GPU的核心内容——图形管线的组成和关键算法,根据图形管线的组成设计了GPU的体系结构,并使用SystemC在事务级实现了GPU的概念模型,该模型完成了图形处理任务里的几何阶段和光栅阶段。通过对GPU概念模型的细化,可以得到寄存器传输级的GPU IP软核。GPU概念模型的建立和调试工作在Visual C++6.0集成开发环境下完成,经验证,该模型能够执行所实现的OpenGL API,正确完成三维空间中物体的平移和旋转变换、光照计算、剔除与剪切、投影以及光栅化等工作。