DE3344350C1 - Schaltungsanordnung für die Grafikeinheit eines Mikroprozessorsystems - Google Patents

Schaltungsanordnung für die Grafikeinheit eines Mikroprozessorsystems

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DE3344350C1
DE3344350C1 DE3344350A DE3344350A DE3344350C1 DE 3344350 C1 DE3344350 C1 DE 3344350C1 DE 3344350 A DE3344350 A DE 3344350A DE 3344350 A DE3344350 A DE 3344350A DE 3344350 C1 DE3344350 C1 DE 3344350C1
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Walter Dr. 8220 Traunstein Kranitzky
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt. Werkstücke am Bildschirm von Computereinrichtungen mehrdimensional darzustellen. Zur perspektivischen Darstellung ist dazu ein hoher rechnerischer und apparativer Aufwand erforderlich.
Bei einfachen Mikroprozessorsystemen ist wegen der eingeschränkten Möglichkeiten bisher nur eine mit Mängeln behaftete Darsteliungsweise bekanntgeworden, wie sie beispielsweise in der EP-A2-0 089 561 und der EP-A2-0 089 562 beschrieben worden ist.
Aus der DE-A-28 50 710 ist ein Bildschirmgerät bekannt, bei dem ein Schreiblesespeicher eingangsseitig selektiv von einer Adressiereinheit angesteuert wird.
Bei mikroprozessorgesteuerten numerischen Werkzeugmaschinen ist es vorteilhaft, bereits bei der Programmerstellung die Richtigkeit der Programmierung überprüfen zu können, und zwar anhand der Darstellung des bearbeiteten Werkstücks. Der Ablauf eines Assemblerprogramms zur Erstellung der Abbildung dauert jedoch noch relativ lange.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß eine grafische Darstellung auf einem Bildschirm eines Date» Sichtgerätes ohne aufwendige Programmierung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß dem Kennzeichnen des Anspruchs 1 gelöst. * In den Unteransprüchen finden sich besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen dario daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit durch die SchaL-tung um ein bis zwei Größenordnungen höher ist, als bei einem entsprechenden Assemblerprogramm.
Des weiteren läßt sich die Schaltung in besonder vorteilhafter Weise zusammen mit anderen Bausteine zum Aufbau eines Grafik-Controllers in einem Schalt kreis integrieren.
Mit der Erfindung ist es möglich, die Wirkung de»* Werkzeugs auf das Werkstück in Echtzeit dreidimensional am Bildschirm darzustellen.
Die Schaltungsanordnung dient zur Ermittlung der resultierenden Außen- oder Innenkontur von mehrerer» in einem Bildpunktspeicher überlagerten Polygonzü gen, die Schnitte eines bearbeiteten Werkstücks darstellen.
Anhand der Zeichnungen soll mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert wer den. Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltung für einen Grafik-Steuerbaustein,
Fig. 2 eine Skizze für die Ermittlung einer Außenkontur mit einer Schaltung nach F i g. 1 und
F i g. 3 eine Skizze für die Ermittlung einer Innenkon— tür mit einer Schaltung nach F i g. 1.
Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung weist einen BiId--
J5 punktspeicher M auf, in dem programmgemäß die Konturen von Schnitten eines bearbeiteten Werkstücks Punkt für Punkt abgespeichert und überlagert sind. Diese Bildpunkte werden auch Pixel genannt, und jedes einzelne Pixel ist durch die Adresse seines Bildpunkt-Speicherplatzes im Bildpunktspeicher Manwählbar.
Durch die Adressierlogik A ist jeder Bildpunktspeicherplatz adressierbar. Die Adressierlogik weist zwei Vorwärts-/Rückwärtszähler ZX und ZY auf, die von bistabilen Kippschaltungen (Flip-Flops) FFl bis FF4 angesteuert werden, deren Eingangssignale von einem logischen Netzwerk Gl bis G 6 geliefert werden, das Informationen aus dem Bildpunktspeicher M und von FFl und FF4 erhält.
Die Zähler ZX und ZY sind in nicht dargestellter
so Weise derart mit einem Steuerrechner verbunden, daß die Adreßinformation der Eckpunkte abgefragt werden kann.
FFl bis FF4 speichern Variable, Gl bis G 6 bilden die Verknüpfungslogik.
Um aus einer Darstellung mehrerer sich überschneidender Konturen — wie sie in F i g. 2 skizziert ist — die resultierende Außenkontur zu ermitteln, werden die Anfangskoordinaten X=3, Y= 3 in die Adreßzähler ZX und ZY eingespeist. Ferner wird die Zählrichtung zum nächsten zu testenden Bildpunkt aus dem Verlauf der Konturen bestimmt und die Flip-Flops FFl bis FF4 eingespeist. Der nächste zu testende Bildpunkt hat gemäß F i g. 2 die Koordinaten (Adresse) X=I, Y=Z. Damit die Schaltung die Zähler ZX und ZY, ausge-
f)5 hend von einem Startpunkt, so ansteuern kann, daß der adressierte Bildpunkt einer Linie in X- oder K-Richtung folgen kann, sind folgende logische Bedingungen zu erfüllen.
XRn+1 = YRn Θ Pn
YRn+1 = AT?« Φ F„
Λ7η+Ι
κ/π+.
0)
(2) (3) (4)
XR, YR sind dabei Variable für die Zählrichtung (1 = vorwärts, 0 = rückwärts). Xl, YI stellen Zählersperrsignale (l=Zähler ändert sich nicht, O=Zählrichtung gemäß XR, YRJdar. Pn ist der Inhalt einer Speicherzelle, also eines Bildpunktspeicherplatzes, der nach dem durch XR,,, YRn, XIn und YIn gesteuerten Zählvorgang adressiert wird. Von den sechzehn möglichen Kombinationen der Variablen XR, XI, YR, YI sind nur acht erlaubt. Sie genügen zur Festlegung der Zählweise nach links, rechts, oben, unten und in die Richtung der Diagonalen. Die Gleichungen (1)—(4) führen nicht aus der erlaubten Kombinationsklasse heraus. Beim Initialisieren der Variablen ist zu beachten, daß eine erlaubte Kombination gewählt wird. Folgende Gleichungen legen erlaubte Kombinationen fest:
AT? AT/ VT? YI
10
15
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0 1 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Rechts-Ecke
Links-Ecke
20
XR= YR für Xf= 1
YR=T(RfUr YI= 1
Die obige Verknüpfungsvorschrift (I)-(4) ist rekursiv. Sie läßt sich daher von den vier Flip-Flops FFl bis FF4 als Variablenspeicher und dem rückgekoppelten Verknüpfungsnetzwerk G 1 bis G 6 ausführen.
FFl- FF4 speichern die Variablen XR, XI, YI und YR. Gl-G6 bilden die Verknüpfungslogik. Die Ausgänge XR und YR sind mit den VorwärtsVRückwärts-Eingängen der beiden Adreßzähler ZX und ZY verbunden. Die Sperrsignale XI und YI sind mit den count enable-Eingängen Έ der Zähler ZX und ZY verbunden. Die vier Variablen legen fest, ob und in welcher Riehtung die Zähler ZX und ZY beim darauffolgenden Clock-Impuls zählen, der über die Leitung 51 von der Ablaufsteuerung 5 geliefert wird. In FF5 wird der Zustand (Pixel gesetzt oder gelöscht) des gerade adressierten Bildelements gespeichert. Der Ausgang von FF5 liefert somit das Signal P.
Die CIock-Eingänge der Zähler ΖΛΓ und ZY, von FF5 und von FFl- FF4 werden durch die Signale 51—53 von einer Ablaufsteuerung zyklisch angesteuert. Dabei müssen die Laufzeiten durch die einzelnen Bauelemente, set-up-Zeiten und die Speicherzugriffszeit berücksichtigt werden. FF6 dient schließlich, zusammen mit G7, zur Erzeugung eines Interupt-Signals /beim Erreichen eines Eckpunktes. Aus F i g. 2 und 3 wird ersichtlich, daß die in FF5 eingespeicherten Signale Pdes Bildpunktspeicherinhaltes stets abwechselnd die Werte 0,1,0,1 usw. annehmen, solange man sich auf einer geraden Linie befindet. Aus der Zählrichtung definiert sich die Bezeichnung der ermittelten Ecke: Ist rechts von der geraden Linie ein Pixel gesetzt, spricht man von einer Rechts-Ecke, ist links von der geraden Linie ein Pixel gesetzt, hat man eine Links-Ecke erreicht. Beim Erreichen einer Rechts-Ecke wird der Wert 0 zweimal hintereinander in FF5 eingespeichert. Beim Erreichen einer Links-Ecke wird der Wert 1 zweimal hintereinander eingespeichert. Verzögert man nun das Signal Pm FF6 um eine Taktperiode von 52 und verknüpft das verzögerte Signal Vund das ursprüngliche Signal Pmit einer Exklusiv-Oder-Funktion, so nimmt das resultierende Signal / nur dann den Wert 1 an, wenn ein Eckpunkt erreicht ist.
Nach den vorstehenden Bedingungen wird zunächst XR = O, XI=O, YR=\ und Yl= 1. Die Anwendung der Verknüpfungsregeln führt zu folgender Tabelle:
Start der Ablaufsteuerung: Zyklisch wird mit 51 ein Zählimpuls erzeugt, mit 52 die Information aus dem Bildspeicher in FF 5 übernommen und mit 53 durch Ansteuern von FFl- FF'4 die rekursive Verknüpfung ausgeführt.
Stopp der Ablaufsteuerung bei /= I. Es ist zu beachten, daß die Adreßzähler nach dem Erkennen eines Eckpunktes die Eckenkoordinaten nicht exakt wiedergeben. Im Beispiel stehen die Zähler, nachdem /= 1 geworden ist, auf X=3, Y= 12; die Ecke befindet sich jedoch bei X= 3, V=Il. Die Abweichung um ein Bit kann beim Auslesen der Koordinaten mit einer Addierschaltung korrigiert werden. Es ist auch möglich, durch Einfügen einiger Verknüpfungsglieder in die Steuerleitungen XR, YR, XI, YI den Zählerstand in einem Zwischenzyklus der Ablaufsteuerung 5 entsprechend zu ändern. Danach werden die Koordinaten ausgelesen und der alte Zählerstand wiederhergestellt. Anschließend wird die Ablaufsteuerung 5 wieder gestartet, beim Erkennen einer Ecke wieder gestoppt usw.
Um ein Abbruchkriterium nach Vollendung eines Umlaufs zu finden, ist es zweckmäßig, die Anfangswerte Xo und Ko in einen eigenen Speicher einzulesen und ständig durch Exklusiv-Oder-Glied mit dem aktuellen Zählerstand zu vergleichen (in F i g. 1 nicht eingezeichnet). Wird Gleichheit von Zähler und Speicher festgestellt, so sind sämtliche Ecken-Koordinaten des Polygonzuges der Außenkontur an den Mikroprozessor übertragen worden.
Die Ermittlung einer Innenkontur gemäß Fig.3 erfolgt in sinngemäßer Weise, wobei die Anfangskoordinaten und die andere Zählrichtung entsprechend in die Zähler ZX und ZY und die Flip-Flops FFl bis FF4 eingespeist werden.
Die beschriebene Schaltung kann mit einem eigenen Vektorgenerator, einer »refresh«-Steuerung für dynamische Speicher, einer Interuptlogik und der Ablaufsteuerung in einem integrierten Schaltkreis zu einem 3D-Grafik-Controller zusammengefaßt werden. Gegenüber der Ausführung des Algorithmus durch ein Assemblerprogramm läßt die Hardware-Lösung eine Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit um ein bis zwei Größenordnungen erwarten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
- Leerseite -

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung einer resultierenden Kontur mehrerer, in einem Bildpunktspeicher überlagerter Polygonzüge, bei der der Bildpunktspeicher eingangsseitig mit einer Adressierlogik zum Anwählen der einzelnen Bildpunktspeicherplätze verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierlogik (A) mit einer Ablaufsteuerung (S) und einem Zwischenspeicher (C) zusammengeschaltet ist, an den der Datenausgang (D) des Bildpunktspeichers (M) angeschlossen ist, so daß der Zwischenspeicher (C) in Abhängigkeit von der Information am Datenausgang (D) des Bildpunktspeichers (M) im Zusammenwirken mit der Ablaufsteuerung (S) Daten an die Adressierlogik (A) liefert, mit denen in der Adressierlogik (A) die Adresse für den nächsten anzuwählenden Bildpunktspeicherplatz ermittelt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierlogik (A) Vorwärts-ZRückwärtszähler (ZX, ZY) für wenigstens zwei Koordinatenrichtungen, Logikbausteine (G 1... G 6) und bistabile Kippschaltungen (FF 1... FF4) enthält, und daß die Ablaufsteuerung (S) zyklisch Impulse an die Vorwärts-ZRückwärtszähler (ZX, ZY) anlegt und über die VorwärtsVRückwärtszähler (ZX. ZY)schrittweise Adressen im Bildpunktspeicher (M) ansteuert, wobei durch eine Kippschaltung (FFS) im Zwischenspeicher (C) die jeweilige Bildpunktinformation aus dem Bildpunktspeicher (M) gespeichert wird und mittels der Kippschaltungen (FFl... FFA) und deren logischer .Verknüpfung durch die Logikbausteine (G 1 ... G6) in Verknüpfung mit dieser Information aus dem Bildpunktspeicher (M) in der Adressierlogik (A) die Adresse für den nächsten abzufragenden Bildpunkt ermittelt wird.
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