随着计算机视觉图像模型越来越复杂,固定流水线的图形处理器显示出的图形无法满足需求。同时,可编程着色器语言的快速发展,使得统一着色器硬件图形处理变得可行。如今可编程统一着色器图形处理器成为国内外的重要研究领域之一。本文在计算机图形学的基础上,分析了图形处理时图形平移、缩放、旋转等变换所需要的的基本算术逻辑运算。再通过开放图形库模型,分析了图形处理器处理的基本图元,包括点图元、线段图元、三角形图元等。再通过分析着色器C语言编译后的汇编代码,得出了单指令多数据流结构,即每条指令可以有多个基本算术逻辑单元的。使用Verilog HDL实现了图形处理器所需要的基本逻辑运算,包括单精度浮点加法、减法、乘法、倒数、开方、倒数开方和定点数正弦、余弦运算、单精度浮点数转定点数、定点数转单精度浮点数。其中单精度倒数、开方、倒数开方和定点正弦和余弦算法采用查表法实现,与传统的迭代法相比,该查表方法更适合使用在图形处理器上。同时在五级流水线体系结构的基础上,完成了由四个逻辑执行单元组成的单指令多数据流结构,并且给出了128位长度的运算指令集使用2048个运算单元组成了数据并行阵列,此阵列就是统一着色器运行的硬件。整个设计通过仿真验证和在Xilinx的zyq7000系列的020clg484硬件平台在线测试,结果表明该设计达到预期要求。本课题为研发国产可编程统一着色器架构的图形处理做了有益探讨,对国产图形处理器有积极作用。