GTE (Geometry Transformation Engine) - это сопроцессор 2 (COP2), выполняющий векторно-матричные операции. Он не имеет портов, отображенных в системную память, и управляется только специальными опкодами.

Перед использованием GTE должен быть включен. Для этого нужно установить бит 30 в статусном регистре COP0:

mfc0   $8, $12             # t0 = SR
ori    $8, $8, 0x40000000  # Set bit 30 in t0 (CU2)
mtc0   $8, $12             # SR = t0
nop

• mtc2 $r, $d - Move To Coprocessor 2. Записывает значение из регистра общего назначения в регистр данных GTE. $d = $r
• mfc2 $r, $d - Move From Coprocessor 2. Читает значение из регистра данных GTE в регистр общего назначения. $r = $d
• ctc2 $r, $c - записывает значение из регистра общего назначения в контрольный регистр GTE. $c = $r
• cfc2 $r, $c - читает значение из контрольного регистра GTE в регистр общего назначения. $r = $c
• lwc2 $d, imm(base) - загружает значение из памяти в регистр данных GTE.
• swc2 $d, imm(base) - выгружает значение из регистра данных GTE в память.
• cop2 imm - выполняет команду GTE.

Загрузка и выгрузка регистров GTE имеют задержку в 2 инструкции для любых операций, которые используют эти регистры.

GTE имеет две группы регистров - регистры данных и контрольные регистры. Регистры данных используются для передачи в сопроцессор входных векторов (позиций вершин, значений цвета). Контрольные регистры предназначены для передачи во сопроцессор матриц трансформации и параметров функций. Все регистры 32-битные, но вещественные значения чаще всего 16-битные с фиксированной запятой (Q3.12 или Q7.8). Многие регистры принимают два упакованных 16-битных значения в верхнем и нижнем полусловах.

Регистры данных (достп через mfc2 / mtc2):

• $0 - VXY0 - Vector0 X and Y, 2 packed signed 16-bit integers
• $1 - VZ0 - Vector0 Z, signed 16-bit integer
• $2 - VXY1 - Vector1 X and Y, 2 packed signed 16-bit integers
• $3 - VZ1 - Vector1 Z, signed 16-bit integer
• $4 - VXY2 - Vector2 X and Y, 2 packed signed 16-bit integers
• $5 - VZ2 - Vector2 Z, signed 16-bit integer
• $6 - RGBC - Color/code value, 4 packed unsigned bytes
• $7 - OTZ - Average Z value (for Ordering Table), unsigned 16-bit integer
• $8 - IR0 - 16-bit Accumulator (Interpolate), signed 16-bit integer
• $9 - IR1 - 16-bit Accumulator (Vector X), signed 16-bit integer
• $10 - IR2 - 16-bit Accumulator (Vector Y), signed 16-bit integer
• $11 - IR3 - 16-bit Accumulator (Vector Z), signed 16-bit integer
• $12 - SXY0 - Screen XY-coordinate FIFO stage1, 2 packed signed 16-bit integers
• $13 - SXY1 - Screen XY-coordinate FIFO stage2, 2 packed signed 16-bit integers
• $14 - SXY2 - Screen XY-coordinate FIFO stage3, 2 packed signed 16-bit integers
• $15 - SXYP - Screen XY-coordinate FIFO stage4, 2 packed signed 16-bit integers
• $16 - SZ0 - Screen Z-coordinate FIFO stage1, unsigned 16-bit integer
• $17 - SZ1 - Screen Z-coordinate FIFO stage2, unsigned 16-bit integer
• $18 - SZ2 - Screen Z-coordinate FIFO stage3, unsigned 16-bit integer
• $19 - SZ3 - Screen Z-coordinate FIFO stage4, unsigned 16-bit integer
• $20 - RGB0 - Color CRGB-code/color FIFO stage1, 4 packed unsigned bytes
• $21 - RGB1 - Color CRGB-code/color FIFO stage2, 4 packed unsigned bytes
• $22 - RGB2 - Color CRGB-code/color FIFO stage3, 4 packed unsigned bytes
• $23 - undefined/prohibited
• $24 - MAC0 - 32bit Maths Accumulators (Value), signed 32-bit integer
• $25 - MAC1 - 32bit Maths Accumulators (Vector X), signed 32-bit integer
• $26 - MAC2 - 32bit Maths Accumulators (Vector Y), signed 32-bit integer
• $27 - MAC3 - 32bit Maths Accumulators (Vector Z), signed 32-bit integer
• $28 - IRGB - Convert RGB Color (48bit vs 15bit), unsigned 16-bit integer
• $29 - ORGB -
• $30 - LZCS - Count Leading-Zeroes/Ones (sign bits), 2 packed signed 32-bit integers
• $31 - LZCR - Count Leading-Zeroes/Ones (sign bits), 2 packed signed 32-bit integers

Контрольные регистры (доступ через cfc2 / ctc2):

• $0 - R11R12 - Rotation matrix 3×3 (r11, r12), 2 signed 16-bit integers
• $1 - R13R21 - Rotation matrix 3×3 (r13, r21), 2 signed 16-bit integers
• $2 - R22R23 - Rotation matrix 3×3 (r22, r23), 2 signed 16-bit integers
• $3 - R31R32 - Rotation matrix 3×3 (r31, r32), 2 signed 16-bit integers
• $4 - R33 - Rotation matrix 3×3 (r33), signed 16-bit integer
• $5 - TRX - Translation vector X, signed 32-bit integer
• $6 - TRY - Translation vector Y, signed 32-bit integer
• $7 - TRZ - Translation vector Z, signed 32-bit integer
• $8 - L11L12 - Light source matrix 3×3 (l11, l12), 2 signed 16-bit integers
• $9 - L13L21 - Light source matrix 3×3 (l13, l21), 2 signed 16-bit integers
• $10 - L22L23 - Light source matrix 3×3 (l22, l23), 2 signed 16-bit integers
• $11 - L31L32 - Light source matrix 3×3 (l31, l32), 2 signed 16-bit integers
• $12 - L33 - Light source matrix 3×3 (l33), signed 16-bit integer
• $13 - RBK - Background color R, unsigned 32-bit integer
• $14 - GBK - Background color G, unsigned 32-bit integer
• $15 - BBK - Background color B, unsigned 32-bit integer
• $16 - LR1LR2 - Light color matrix source (lr1, lr2), 2 signed 16-bit integers
• $17 - LR3LG1 - Light color matrix source (lr3, lg1), 2 signed 16-bit integers
• $18 - LG2LG3 - Light color matrix source (lg2, lg3), 2 signed 16-bit integers
• $19 - LB1LB2 - Light color matrix source (lb1, lb2), 2 signed 16-bit integers
• $20 - LB3 - Light color matrix source (lb3), signed 16-bit integer
• $21 - RFC - Far color R, unsigned 32-bit integer
• $22 - GFC - Far color G, unsigned 32-bit integer
• $23 - BFC - Far color B, unsigned 32-bit integer
• $24 - OFX - Screen offset X, signed 32-bit integer
• $25 - OFY - Screen offset Y, signed 32-bit integer
• $26 - H - Projection plane distance, unsigned 16-bit integer
• $27 - DQA - Depth queing parameter A (coefficient), signed 16-bit integer
• $28 - DQB - Depth queing parameter B (offset), unsigned 32-bit integer
• $29 - ZSF3 - Z-averaging scale factor, signed 16-bit integer
• $30 - ZSF4 - Z-averaging scale factor, signed 16-bit integer
• $31 - FLAG - Flag (read-only), returns any calculation errors, 20 bits

RTPS - cop2 0x0180001 - Поворот, перенос и перспективное преобразование одной точки. Сначала точка умножается на матрицу поворота (R), затем к ней применяется перенос (TR). В завершение выполняется перспективное преобразование, результатом которого являются экранные координаты. Команда также возвращает значение интерполяции, используемое в различных инструкциях учета глубины (depth cueing).

Входные данные:

• R - Q3.12 (1 бит знака, 3 бита целой части, 12 бит дробной части; 1.0 = 2^12 = 0x1000).
• TR - 32-битное целое число со знаком.
• H - 16-битное целое число без знака.
• OFX, OFY - Q15.16 (1 бит знака, 15 бит целой части, 16 бит дробной части; 1.0 = 2^16 = 0x10000).
• DQA - Q7.8 (1 бит знака, 7 бит целой части, 8 бит дробной части; 1.0 = 2^8 = 0x100).
• DQB - Q7.8 (1 бит знака, 7 бит целой части, 8 бит дробной части; 1.0 = 2^8 = 0x100).

Выходные данные:

• SXY2 - экранные координаты XY (16-битные целые числа со знаком).
• SZ3 - экранная координата Z (16-битное целое число без знака).

RTPT - cop2 0x0280030 - Поворот, перенос и перспективное преобразование трех точек.

MVMVA - cop2 0x0400012 - Умножение матрицы на вектор и сложение. Умножает вектор на матрицу поворота, матрицу освещения или матрицу цвета, а затем прибавляет вектор переноса или вектор цвета фона.

DCPL - cop2 0x0680029 - Цвет освещения с учетом глубины (Depth Cue Light Color). Сначала вычисляет цвет на основе вектора освещения (нормаль плоскости, умноженная на матрицу освещения, с ограничением минимального значения нулем) и заданного значения RGB. Затем выполняет коррекцию цвета по глубине (depth cueing) путем интерполяции между вектором цвета для дальней точки (far color) и полученным цветом.

DPCS - cop2 0x0780010 - Коррекция цвета по глубине (один цвет). Выполняет коррекцию цвета по глубине путем интерполяции между исходным цветом и цветом для дальней точки (для одного цвета).

DPCT - cop2 0x0f8002a - Коррекция цвета по глубине (три цвета). Выполняет коррекцию цвета по глубине путем интерполяции между исходным цветом и цветом для дальней точки (для трех цветов).

INTPL - cop2 0x0980011 - Интерполяция. Выполняет интерполяцию между вектором и цветом для дальней точки.

SQR - cop2 0x0a00428 - Вычисляет квадрат вектора.

NCS - cop2 0x0c8041e - Цвет по нормали. Вычисляет цвет на основе нормали точки или плоскости, а также источников света и их цветов. Базовый цвет плоскости или точки, к которой относится нормаль, принимается за белый.

NCT - cop2 0x0d80420 -

NCDS - cop2 0x0e80413 - Цвет по нормали с коррекцией по глубине. Аналогична NCS, но также выполняет коррекцию цвета по глубине (как DPCS).

NCDT - cop2 0x0f80416 - Цвет по нормали с коррекцией по глубине. Аналогична NCT, но также выполняет коррекцию цвета по глубине (как DPCT).

NCCS - cop2 0x108041b - Аналогична NCS, но учитывает базовый цвет плоскости или точки.

NCCT - cop2 0x118043f - Аналогична NCT, но учитывает базовый цвет плоскости или точки.

CDP - cop2 0x1280414 - Цвет вычисляется на основе вектора освещения (базовый цвет принимается за белый), также выполняется коррекция цвета с учетом глубины (аналогично DPCS).

CC - cop2 0x138041c - Цвет вычисляется на основе вектора освещения и базового цвета.

NCLIP - cop2 0x1400006 - Отсечение по нормали (Normal Clipping). Вычисляет внешнее произведение трех двумерных точек (т. е. трех вершин, определяющих плоскость после проецирования).

AVSZ3 - cop2 0x158002d - Усреднение Z-координат. Складывает три значения Z и умножает их на коэффициент с фиксированной запятой. Этот коэффициент обычно подбирается так, чтобы функция возвращала среднее арифметическое значений Z (как правило, с последующим делением на 2 или 4 для удобства добавления в таблицу упорядочивания - OT).

AVSZ4 - cop2 0x168002e - Усреднение Z-координат. Складывает четыре значения Z и умножает их на коэффициент с фиксированной запятой. Этот коэффициент обычно подбирается так, чтобы функция возвращала среднее арифметическое значений Z (как правило, с последующим делением на 2 или 4 для удобства добавления в таблицу упорядочивания - OT).

OP - cop2 0x170000c - Вычисляет внешнее произведение двух векторов.

GPF - cop2 0x190003d - Перемножает два вектора. Также возвращает результат в виде 24-битного значения RGB.

GPL - cop2 0x1a0003e - Умножает вектор на скаляр и прибавляет результат к другому вектору. Также возвращает результат в виде 24-битного значения RGB.