概述

图像处理单元（IPU）用于图像后期处理。它包含图像色彩空间转换（CSC）和1 层OSD 功能。

功能

• 支持数据格式：
  • CSC 功能
    • 输入数据格式：NV12、YUV422
    • 输出数据格式：NV12、NV21、ARGB、RGB、HSV
  • OSD 功能
    • Layer1 输入数据格式：NV12、YUV422、ARGB8888
    • Layer2 输入数据格式：ARGB32、ARGB1555、RGB32、NV12、NV21、2bit 模式
    • 输出数据格式：NV12、YUV422、ARGB8888
• 最小输入和输出图像尺寸（像素）：4×4
• 最大输入和输出图像尺寸（像素）：1280×1280
• 通道OSD 功能：
  • 支持1 层OSD
  • 支持12 种端口的port-duff OSD 模式
  • 支持layer1 和layer2 的图层顺序配置
• 通道CSC 功能：支持参数可配置的色彩空间转换
• 输出数据可写入PSRAM，也可直通传输至DPU
• 支持单帧工作模式、连续帧工作模式

框图

图 1 显示了IPU 数据流框图。通道内有2 个DMA：channel-dma，bk-dma，分别为OSD 小图DMA 和OSD 大图DMA。bk-dma 读取数据作为OSD 操作的大图或CSC 操作的图片。通道中只有一个OSD DMA 用于读取OSD 功能中作为小图的数据，IPU 提供1 个OSD 通道配置。硬件只有一套CSC 算法逻辑，在OSD 模式下，可能需要做CSC 算法，因此OSD 模式和CSC 模式不能同时开启。在CSC 模式下，输出数据格式可以选ARGB/NV/HSV。在OSD 模式下，大图通道数据与做完CSC 操作的小图通道数据进入OSD 模块做重叠，且软件需配置寄存器来决定哪张图片作为前景图，哪张图片作为背景图。最后，结果数据将通过DMA 输出模块输出到外部存储器。

功能说明

IPU 是支持高性能OSD 和CSC 功能的模块。它最多可配置1 幅需要重叠的图像。表 1 显示了IPU 的主要功能点。

源图片和缓冲区

对于IPU 来说，它需要知道图片存储在哪里以及图片的格式是什么。测试人员可以使用数据格式寄存器0x12C 和0x11C 来告诉IPU 大图和小图分别是什么格式。

除格式外，IPU 还必须通过输入Y 数据地址（0xC）和UV 数据地址（0x10）知道大图的源地址；通过输入Y 数据地址（0xBC）和UV 数据地址（0xC4）知道小图的源地址；地址必须为8 字节对齐。对于存储在内存中的图片，它还具有其他一些特性，如宽度、高度和跨距。大图和小图的宽度和高度可分别由输入几何尺寸寄存器（0x18）和（0xFC）配置。而大图的跨距则由Y 数据行跨距（0x1C）和UV 数据行跨距（0x20）配置；小图的跨距则由Y 数据行跨距（0xC0）和UV 数据行跨距（0xC8）。三者的关系如下图 3 所示。图 3 显示NV 数据格式参数关系。

颜色转换

IPU 支持色彩转换功能。输入格式可从NV12 、YUV422 格式中选择，输出格式支持ARGB、RGB、NV12、NV21 和HSV 格式。以下转换需要设置*CH0* 的CSC 参数寄存器（由于CSC 和OSD 不能同时启用，CH0 的CSC 计算模块可通过BK 通道CSC 操作共享，以节省硬件成本）：

• NV12 to NV21/NV12
• NV12 to ARGB/RGB
• NV12 to HSV
• YUV422 to NV21/NV12
• YUV422 to ARGB/RGB
• YUV422 to HSV

这些参数的命令值将在CH0 CSC 寄存器部分进行说明。

结果图片和缓冲区

与源图像和缓冲区一样，结果图像也有数据格式、宽度、高度和缓冲区跨距。由于图片大小不会改变，因此输出图片的高度、宽度将与输入大图保持一致，无需配置。这里需要配置的是输出Y 数据地址（0x24）、UV 数据地址（0xB4）、V 数据地址（0x30）作为目的地址，以及输出Y 跨距（0x1C）、UV 跨距（0xB8）、V 数据跨距（0x34）作为输出跨距。

运行IPU

在IPU 中设置必要的寄存器后，需要告诉IPU 哪一个寄存器需要重新配置。可以在寄存器配置使能控制寄存器（0x64）中设置相应的位来告诉IPU。如果某个寄存器在0x64 寄存器中没有对应位，则该寄存器在更改后会立即动作。

设置完0x64 寄存器后，只需向IPU 触发寄存器（0x74）写1，IPU 即可运行。

当值1 被写入0x74 时，它将首先记录到记录寄存器中。然后，IPU 检查记录寄存器是否空闲。如果记录寄存器的值为1，IPU 将启动一个新帧操作。IPU 将在每次帧操作开始时检查0x64 寄存器，清除记录寄存器和0x64 寄存器。

IPU 工作完成和空闲

IPU 提供IPU 状态寄存器（0x4），让测试人员了解其内部状态。如果IPU 完成了一帧并处于空闲状态，IPU 状态寄存器（0x4）中的MSTATUS 位将变为0。有两种情况将会将IPU 处于空闲：

1. 单帧模式时，IPU 完成一帧工作后，不再有新帧工作。
2. 用户停止IPU，且不再有新的帧工作。

停止，重置IPU

如果需要尽快停止IPU，测试人员需要停止，而不是重置IPU。重置IPU 可能会导致一些严重后果。

将IPU 触发寄存器（0x74）中的停止位写入1 将触发停止机制，然后只需等待IPU 恢复空闲即可。

只有当IPU 空闲时，才能重置IPU。复位时，IPU 中的所有寄存器都将设置为复位值。

中断

IPU 可以向系统触发中断。测试人员需要通过将IPU 全局控制（0x7C）的IRQ_EN 位设置为1 来启用中断。这里有一种情况中断将会生成：

• IPU 从繁忙状态转为空闲。

OSD 功能

IPU 最多支持1 层OSD 功能。大图来自图 1 中的OSD 大图通道，输入数据类型可从以下3 种类型中选择：NV12、YUV422、ARGB8888。输出数据类型应与输入大图类型相同，软件无需配置输出图片类型。

进行OSD 操作时应注意以下事项：

1. OSD 小图通道还支持RGB 到YUV 和YUV 到RGB 的转换。
2. OSD 小图和大图通道可支持屏蔽功能和alpha 选择功能，您可以从像素alpha、全局alpha 和（像素alpha）*（全局alpha）中选择alpha。
3. OSD 小图通道禁用，则分离的大图通道可用作数据移动功能，而无需更改数据值。
4. OSD 小图和大图通道可支持alpha 预乘的使能和关闭。
5. OSD 时，IPU 将小图做PADDING，即将其分辨率扩充到和大图一致后再做OSD 算法，填充像素由OSD_LAY_PADDING_ARGB（0x1B0）寄存器决定。换句话说，重叠区域是小图和大图的像素点做OSD，非重叠区域是OSD_LAY_PADDING_ARGB 和大图的像素点做OSD。

读取仲裁器功能

IPU 中最多有2 个DMA 通道同时运行，因此需要一个读取仲裁器来按顺序读取数据。这个读取仲裁器非常简单，有两种模式：固定优先级模式和轮循模式，可以通过设置寄存器0x1A8 来设置模式和优先级。