近年来，以智能手机、平板电脑和掌上游戏机为代表的嵌入式移动设备逐渐普及，图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)在嵌入式设备上得到了广泛的应用。由于移动设备几乎都以电池为能量来源，所以嵌入式图形处理器必须在功耗的限制下追求性能的提升。“瓦片式”延迟渲染(Tiled-Based Deferred Rendering，TDBR)以其独特的低功耗结构，在嵌入式图形处理器领域几乎处于统治地位。相对于传统的“直接渲染”(Immediate ModeRendering， IMR)，TBDR结构的深度测试、模版测试和融合几乎不消耗带宽，从而极大地降低了带宽需求。配合延迟渲染技术，可以完全消除不可见片段的绘制，减少无效的计算。同时，TBDR结构的深度缓存、模板缓存和颜色缓存可以使用更高精度的表示，提高了显示质量。　　 本文研究了TBDR架构的原理和算法，对基本图形处理算法进行了分析和优化，搭建了基于TBDR架构的算法仿真平台。并且基于该仿真平台，对纹理Cache进行了研究。论文的主要工作如下:　　 (1)基于TBDR架构的算法仿真平台设计。三维图形处理的研究内容包括了体系结构、算法、高级渲染效果等的研究，这些研究首先需要一个能够用于算法仿真和性能分析的平台，该平台是图形处理流水线的一个软件实现，一般采用C、C++或者SystemC编写。为了研究TBDR渲染结构及该结构下的图形算法，本文针对OpenGL ES标准建立了基于TBDR架构的算法仿真平台，实现了一个性能分析工具。　　 (2)高效率纹理Cache策略的设计。在图形处理硬件结构中，访存一直是影响整个流水线性能的瓶颈，而Cache正是为解决访存瓶颈而被提出来的。由于TBDR结构深度测试在片内进行，因而相对于IMR结构，深度测试基本不消耗带宽。纹理访存性能便成了影响整个图形处理器性能的关键，论文分析了图形处理器纹理访存的特点，提出了一种高效率纹理缓存策略，支持四路并行读取，并通过纹理预取隐藏了访存延迟，减小了命中率对片段着色率的影响，仿真结果表明，所设计的纹理Cache可以达到零延迟内存系统性能的90％左右。　　 (3)针对车载视觉系统的三维模型渲染，提出了一种软件解决办法。由于车载视觉系统所使用的三维模型是确定的，变化的只是纹理数据，可以不通过GPU而使用软件的方法对该模型进行渲染，本文提出了一种基于TBDR结构的车载三维视觉系统软件渲染方法。