Как сделать денди своими руками
SiiiO › Блог › Самодельный картридж для 8 битной приставки типа денди
Помню в детстве всегда было интересно, как же эти картриджи работают, и можно ли самому записывать в них игры? А не так давно на ютубе увидел видео где рассказывалось о самодельном картридже. Меня это заинтересовало, почитал форумы, посмотрел схемы, вроде все понятно и платы не сложные, но не было чем программировать параллельные микросхемы памяти.
Через некоторое время я собрал программатор EzoFlash, который подключался к LPT порту и мог много чего программировать, это клон Willem-а и работает с его софтом. Но так и не успев ни чего запрограммировать и протестировать подвернулся по дешёвке сам Willem. Так эти прогеры скучали пока я не насобирал старых памятушек для проб и сборки картриджа.
И вот настал момент записать память 27С040, это 512кбайт память. И тут я выясняю, что программатор Willem, купленный за недорого, малость подпаленный :(. Благо при сборке EzoFlash я разобрался с тестированием данного программатора и быстро нашел выгоревший смд транзистор на плате, он коммутировал питание микросхемы памяти, после его замены все стало записывать нормально и можно было приступать к созданию платы картриджа.
Вот тут было немного сложно, дело в том, что игры для денди делятся на категории, каждая категория игр работает на картридже со своей схемой, а схема в свою очередь зависит от используемого маппера памяти. Маппер, это грубо говоря микросхема, которая делит память картриджа на страницы по 16кбайт, поскольку 8 ми битный процессор больше не в состоянии переварить в связи с нехваткой адресного пространства. Вот тут то маппер и помогает с расширением адресного пространства. Мапперов целое множество, некоторые специализированные и стоят дорого, но благо есть китайские клоны, некоторые могут заменить микросхемы обычной логики.
В моем случае я создавал картридж для игры Battletoads & Double Dragon, она в качестве маппера использует логику HC161, это бинарный счетчик. Игре необходимо 256кбайт памяти, но если мы берем ПЗУ на 512кбайт памяти и просто перемычкой переключаем старший бит адреса в 0 или 1, то получаем возможность выбрать с какой половиной памяти работать. Таким образом можно в одну ПЗУ записать 2 игры и выбирать в какую хотим играть. Также выбор игры можно сделать по нажатию на ресет, но эта опция требует одну дополнительную микросхему и не всегда корректно отрабатывает, на разных приставках может работать по разному.
Схему брал ТУТ, HC02 выкинул из схемы, и поставил перемычку на адрес А18, печатку перерисовывал сам, брал ТУТ.
Dendy своими руками
Долго назревало что-то подобное как Dendy своими руками, и стоял выбор между Dendy и ZX. Выбор пал на Dendy, но ZX буду собирать позже, после окончания рыболовного сезона )
На мой взгляд, вся суть сборки приставки заключается в 3 этапах.
Найти сбалансированную плату для монтажа Dendy своими руками.
Точнее сказать, найти граберы платы, сделанные профессионалами. Такие есть. Хочу выразить благодарность Хардварычу с форума emu-land.net и всем, кто участвовал в проекте по адаптации и настройке платы для Junior.
Так выглядит готовая плата. Заказывал я её у китайских друзей с АЛИ. Приехала она в течении 2 недель. Заказывал 10 штук, приехало 11. За что им и спасибо. По Москве сделать такую плату предлагали в 4 раза дороже. Она полностью подходит под стандартный корпус, имеет стереовыход аудио. Микросхемы выставлены оптимально для распайки и уменьшения длины дорожек.
Сами граберы для вытравливания, версия платы 01. Есть более новая, в ней отличается только расположение одного конденсатора. Считаю такую доработку не новой версией. Выкладывать её не буду. Собирал по версии 01, всё отлично, рабочая и отлично встаёт в стандартный корпус.
Полный комплект деталей для спайки Dendy своими руками.
Вот тут возникают сложности. Процессоры и сопроцессоры уже не выпускают, и найти можно либо старые запасы, либо через китайских друзей.
Процессоры и сопроцессоры. Для заказа через АЛИ обязательно вступать в переговоры о том, что будет высылать китайский друг. Короче капец) Но рано или поздно приезжают рабочие микросхемы и даже с небитыми пикселями. Последний, у которого заказывал, вот этот. От него приехали UA6527p, но они оказались обычными UA6527 и работали на частоте 21.47, пришлось собрать 2 генератор и проверять работоспособность процессора и сопроцессора на разной частоте. Будьте внимательны.
Самих систем может быть 2 варианта: PAL и NTSC версии.
NTSC версии: Процессор — UA6527, Видео процессор UA6528
PAL версии: Процессор — UA6527p, Видео процессор UA6538
Для выбора системы передачи видео сигнала, не забываем про основной генератор приставки. Разница в выдаваемой частоте генерации, на которых работают эти разные системы.
PAL работает на частоте 26.6
NTSC работает на частоте 21.47
Это все отличия в деталях при сборе PAL или NTSC систем.
По задумке ребят, которые делали данную плату, все CMD компоненты размера 0805, но это большие по 2 мм детали я рекомендую впаивать размер 0603. Они более подходят для монтажа на данную плату.
Перед закупкой рекомендую посмотреть компоненты на старых платах модемов, материнках, роутерах и подобном хламе. Я выпаял от туда порядка 60% всех CMD компонентов.
Микросхемы: Как выяснилось, память не так уж и ограничена маркировкой. Главное — найти подобную память с характеристиками: 5V 32K X 8 CMOS SRAM, очень часто встречаются на старых материнках.
После того, как у нас есть все компоненты, осталось найти 60-пиновый разъём для картриджа)
Или мы его выпаиваем со старой приставки, или опять на АЛИ. Я заказывал вот тут, и у меня в запасе ещё остались, могу вручить по себестоимости закупки.
Ну и заключительный поиск упрётся в разъёмы для джойстиков. Тут, к сожалению, альтернатив мало: либо снимать со старой, либо лепить ляпуху из вот такой альтернативы: D-Sub DB15 Вилка должна быть угловая. Она отлично входит в плату и отлично держит джойстик.
Некоторые ссылки на детали:
Обратите внимание на микросхемы SRAM. Случайно не закажите широкие 24-пиновые. Нужны узкие 28-пиновые.
Диодный мост — его можно устанавливать и на 1 ампер. 1.5 стоит с запасом.
И сама плата в сборе со всеми деталями.
Дорожная карта при сборке Dendy своими руками
Схема, если кто всё-таки дочитал до этапа сборки) Чтобы открыть в полном расширении, на открывшейся картинке правой кнопкой — открыть в новой вкладке и уже левой кнопкой +.
Первым делом
Впаиваем 60-пиновый разъём и проверяем, как прозваниваются все его 60 контактов по дорожкам до тех мест, куда приходит каждый контакт. Почти половина ведёт к СPU, вторая половина — к PPU. Питание и выходы с генератора.
Вторым делом
Собираем схему питания. Разъём питания, диодный мост, стабилизатор с радиатором, конденсаторы до стабилизатора и после, кнопка включения и кнопка resset. Подаём питание и проверяем все последние ножки на всех микросхемах на наличие стабильного питания в +5 вольт. Последняя нога микросхемы +, минус находится на противоположной стороне в конце микросхемы.
Третьим делом
Собираем схему усилителя звука и вывода изображения. После сборки можно проверить работоспособность каскада касаниями к выходам левого и правого каналов с CPU, ножки 1 и 2. При касании к ним рукой должен появляться тихий шум на выходе усилителя звука. На вашем телевизоре, если вы подключили красный и белый выход ко входу аудио)
Касаниями к выходам с PPU ножка 21 на телевизоре при подключенном желтом кабеле к входу видео будет появляться мелкая рябь.
Четвёртым делом
Паяем все детали и каретки для микросхем на плату. Проверяем каждую припаянную деталь трижды: номинал, как припаяли, прозвонили её по месту.
Пятым делом
Вставляем все микросхемы на свои места. И пробуем запустить без картриджа. На экране должен появится квадрат, называется растр. Ну и какой-то непонятный хруст и звук при включении. Включаем.
Вставляем картридж и включаем.
Долгие мучения с бубном и тщательная проверка пайки ведёт к запуску данного аппарата)
Жёлтым — каскад аудио и видео усилителей и выходов.
Красным — детали питания схемы.
Синим — генератор частоты — для смены частоты с PAL на NTSC меняется только кварц, PPU и CPU.
Напоследок опишу основные проблемы, которые почерпнул на форуме и с которыми сталкивался сам:
Основная проблема: картинка есть, игра идёт на экране артефакты — битый PPU, не починить никак, только замена на заранее стабильный для проверки.
Вторая причина
Питание есть, ничего не запускается вообще HELP.
Причин море)
Первое и главное: ПАЙКА. Проверяйте 10 раз все детали на работоспособность перед пайкой.
Третья причина:
Криво спаянный генератор частоты. Проверяйте, есть ли генерация на ножках: PPU нога 18 и на CPU нога 29.
На них и проверяем осцилографом наличие генерации с нашего генератора частоты сигнала.
Если чего еще вспомню, добавлю)
За некоторыми деталями можно обращаться ко мне.
На основании всего вышеизложенного можно самому вполне быстро и с удовольствием собрать Dendy своими руками.
Ретро игровая приставка своими руками
Этот пост является введением в мой проект «самодельной» консольной видеоприставки сделаной с нуля. Я вдохновлялся как ретро консолями так и современными образцами, но у меня получилась своя собственная архитектура. Мои друзья постоянно мне говорили, что я должен рассказать о своём проекте, а не делать всё исключительно «для себя», так что вот я публикую этот пост.
Внимание, это — перевод
Как всё началось
Меня зовут Серхио Виейра (Sérgio Vieira) я выроc в Португалии в 80-е и 90-е годы, у меня давно ностальгия по ретро-геймингу, особенно по приставкам третьего и четвертого поколения.
Несколько лет назад я решил получше разобраться в электронике и попытаться сделать свою собственную приставку.
По профессии я программист и не имел никакого опыта как электронщик, если не считать (и не стоит этого считать) самостоятельных апгрейдов своего десткопа.
Хотя у меня и не было опыта, я сказал себе «почему бы и нет?», купил несколько книжек, несколько наборов электронщика и начал изучать исходя из своих ощущений о том, что именно стоит изучать.
Я хотел сделать приставку похожую на те которые вызывают у меня ностальгические чувства, я хотел что-то между NES и Super Nintendo, или может между Sega Master System и Mega Drive.
У этих приставок были CPU, оригинальный видео чип (тогда их ещё не называли GPU) и аудио чип, иногда встроеный, а иногда внешний.
Игры распространялись на картриджах, которые в общем были расширениями железа иногда просто ROM чипами, а иногда имели дополнительные компоненты.
Изначальный план был сделать приставку со следущими характеристиками:
Почему именно SD карты, а не картриджи, ну в основном просто так намного практичнее, их можно копировать с компа. А картриджи это значило бы, во-первых больше железа в приставке, а во-вторых производить железо для каждой программы.
Производство
Видео сигнал
Первое чем я занялся это генерация видео сигнала.
Любая консоль того периода, который я взял за образец, имела различные проприетарные графические чипы, что означает, что у всех у них были различные технические характеристики.
По этой причине я не хотел использовать готовый графический чип, я хотел чтобы и моя консоль имела уникальные технические характеристики по графике. И поскольку я не мог сделать свой собственный графический чип, и в то время ещё не умел использовать FPGA, я решил ограничиться софтварным генерированием графического сигнала используя 8-битный, 20 мегагерцовый микроконтроллер.
Это не перебор, и как раз достаточно мощное решение для графики того уровня который мне был интересен.
И так, я начал использовать микроконтроллер Atmega644 на чистоте 20 Мгц для генерации видеосигнала в формате PAL для телевизора. Мне пришлось бит-бангить протокол PAL, поскольку сам чип не умеет его.
Микроконтроллер выдаёт 8-битный цвет (RGB332, 3 бита красный, 3 бита зелёный и 2 синий) и пассивный ЦАП преобразует это всё в RGB. К счастью в Португалии почти все телевизоры оборудованы разъёмом SCART и они поддерживают RGB вход.
Правильная графическая подсистема
Поскольку микроконтроллер довольно мощный, а использовать его я решил исключительно для генерации видео сигнала (я назвал это VPU — Video Processing Unit), то я решил заодно организовать дабл-буфер.
У меня получилось что второй микроконтроллер (PPU, Picture Processing Unit, чип Atmega1284 тоже на 20 МГц) генерировал картинку в микросхему ОЗУ номер 1 (я назвал её VRAM1), а первый в это же время отправлял содержимое второй микросхемы (VRAM2) в телевизор.
После одного кадра, а два кадра в системе PAL это 1/25 секунды, VPU переключает VRAM-ы и они меняются местами, PPU генерирует картинку в VRAM2, а VPU дампит VRAM1 на ТВ вывод.
Видео плата получилась очень сложной поскольку мне пришлось использовать внешнее железо чтобы оба микроконтроллера могли пользоваться обоими модулями памяти и чтобы ускорить доступ к ОЗУ, ведь там тоже бит-бангинг, так что пришлось добавить чипы 74 серии как счётчики, line-селекторы, трансиверы и тд.
Прошивки для VPU и PPU тоже получились громоздкие поскольку пришлось писать много кода чтобы выжать максимум скорости из графики. Сначала всё было написано на ассемблере, потом часть была переписана на Си.
В результате PPU генерирует картинку 224×192 пикселей, которая потом отпраляется на ТВ через VPU. Может разрешение вам покажется низким, но вообще-то это почти столько, сколько консоли того времени имели на самом деле, обычно 256×224. Несколько меньшее разрешение зато позволило мне добавить больше фич которые система успевает просчитать за один кадр.
Как и в старину, PPU имеет свою жёсткую механику которой надо уметь пользоваться. Подложка (бэк) рендерится из символов 8×8 пикселей, так же называемых тайлами. Получается что размер бэкграунда 28х24 тайла.
Чтобы бэк мог скроллиться плавно, попиксельно, я сделал так что всего есть 4 виртуальных экрана, каждый по 28х24 тайла которые идут в памяти последовательно и обёрнуты вокруг друг друга, на картинке это понятнее.
Поверх бэкграунда, PPU может отрендерить 64 спрайта которые могут быть 8 или 16 пикселей по высоте или ширине, то есть 1, 2 или 4 тайла и ещё могут быть флипнуты горизонтально и/или вертикально.
Сверху бэка можно ещё рендерить оверлеем один буфер размером 28х6 тайлов, это было задумано для отрисовки HUD-ов, скоров так чтобы не мешать основным спрайтам и скроллингу бэка.
Одна «продвинутая» фича в том, что бэк можно скролить не целиком, а каждую линию в отдельности, что позволяет всякие интересные эффекты вроде сплит скрина или почти-параллакса.
Ещё есть таблица аттрибутов, которая позволяет задавать каждому тайлу значение от 0 до 3, и потом можно всем тайлам с одним аттрибутом задать страницу тайлов или инкрементировать их символьное значение. Это удобно когда есть части бэка которые надо регулярно изменять и CPU не придётся обсчитывать каждый тайл в отдельности, ему достаточно только сказать что-то вроде: «все тайлы с аттрибутом 1 инкрементируйте числовое значение своего символа на 2», подобные вещи реализованые разными техниками можно наблюдать, например, в блочных тайлах в Mario где знак вопроса анимируется или в играх где есть водопад в котором все тайлы постоянно меняются создавая эффект падающей воды.
Когда моя видеоплата заработала, я начал работать с CPU в качестве которого для моей приставки был выбран Zilog 80.
Одна из причин по который был выбран именно Z80, ну кроме того, что это классный ретро CPU, это его способность адресовать два 16 битных пространства, одно для памяти и второе для портов ввода-вывода, не менее легендарный 6502, например, так не может, он может только одно адресовать 16 битное пространство и в него приходится мапить как память так и различные внешние устройства, видео, аудио, джойстики, апаратный генератор случайных чисел и тд. Удобнее иметь два адресных пространства, одно полность отданное на 64 килобайта кода и данных в памяти и второе для доступа к внешним устройствам.
Сначала я подсоединил CPU к EEPROM в котором разместилась моя тестовая программка и ещё присоединил его через пространство ввода-вывода к микроконтроллеру который я установил чтобы можно было общаться с моим компом через RS232, и мониторить как работает CPU и всё остальное. Этот микроконтроллер Atmega324 работающий на 20 МГц я называю IO MCU — input/output microcontroller unit, он отвечает за контроль доступа к игровым контроллерам (джойстикам), SD карт ридеру, клавиатуре PS/2 и коммуникатору по RS232.
CPU подключается к микросхеме памяти на 128 килобайт, из которых только 56 килобайт доступны, это конечно бред, но я мог достать только микросхемы по 128 или 32 килобайта. Получилось, что память состоит из 8 килобайт ПЗУ и 56 килобайт ОЗУ.
После этого я обновил прошивку IO MCU с помощью этой библиотеки и у меня появилась поддержка SD карт ридера.
Теперь CPU мог ходить по директориям, смотреть что в них лежит, открывать и читать файлы. Всё это делается посредством записи и чтения в определённые адреса пространства ввода-вывода.
Подключение CPU к PPU
Следущее, что я сделал это связь между CPU и PPU. Для этого я применил «простое решение» которое заключалось в приобретении двухпортового ОЗУ, это такая микросхема ОЗУ которую можно подключать сразу к двум разным шинам. Это позволяет избавиться он дополнительных микросхем вроде лайн-селекторов и, к тому-же, позволяет практически одновременный доступ к памяти с обоих чипов. Ещё PPU напрямую может обращаться к CPU на каждом кадре активируя свои немаскируемые прерывания. Получается, что CPU получает прерывание на каждом кадре, что полезно для разных задач по таймингу и для понимания когда пора заняться апдейтом графики.
Каждый кадр взаимодествия CPU, PPU и VPU происходит согласно следующей схеме:
Примерно тогда же я занялся поддержкой игровых контроллеров, сначала я хотел использовать контроллеры от Nintendo, но сокеты для них проприетарные и вообще их трудно найти, поэтому я остановился на 6-кнопочных контроллерах совместимых с Mega Drive/Genesis, у них стандартные сокеты DB-9 которые везде есть.
Написание первой настоящей игры
В это время у меня уже был CPU способный контролировать PPU, работать с джойстиками, читать SD карточки… пора было писать первую игру, конечно на ассемблере Z80, у меня на это ушло несколько дней из свободного времени.
Добавляем динамическую графику
Всё было супер, у меня была своя игровая приставка, но мне этого было мало, потому-что приходилось в игре использовать графику прошитую в памяти PPU и нельзя было нарисовать тайлы для конкретной игры и изменить её можно было только перепрошив ПЗУ. Я стал думать как добавить ещё памяти, чтобы CPU в неё мог бы загружать символы для тайлов, а PPU потом мог оттуда это всё считывать и как это сделать попроще поскольку приставка и так уже получалась сложной и большой.
И я придумал следущее: только PPU будет иметь доступ к этой новой памяти, а CPU будет загружать туда данные через PPU и пока этот процесс загрузки происходит, эта память не может быть использована для отрисовки, но можно будет в это время рисовать из ПЗУ.
После конца загрузки CPU переключит внутреннюю ПЗУ память на эту новую память, которую я назвал Character RAM (CHR-RAM) и в этом режиме PPU начнет рисовать динамическую графику, это наверное не лучшее решение, но оно работает. В результате новая память была установлена 128 килобайт и может хранить 1024 символа 8х8 пикселей каждый для бэкаграунда и ещё столько-же символов для спрайтов.
И наконец звук
До звука руки дошли в последнюю очередь. Сперва я хотел звук наподобие того что есть в Uzebox, то есть чтобы микроконтроллер генерировал 4 канала ШИМ-звука.
Однако, оказалось, что я могу легко достать винтажные чипы и я заказал несколько микросхем FM синтеза YM3438, эти ребята полностью совместимы с YM2612 которые использовались в Mega Drive/Genesis. Установив их можно получить музыку качества Mega Drive и звуковые эффекты производимые микроконтроллером.
Я установил ещё один микроконтроллер и назвал его SPU (Sound Processor Unit), он управляет YM3438 и сам может генерировать звуки. CPU управляет им через двух-портовую память, в этот раз она всего 2 килобайта.
Как и в графическом блоке, звуковой блок имеет 128 килобайта памяти для хранения PCM сэмплов и звуковых патчей, CPU загружает данные в эту память обращаясь к SPU. Получилось, что CPU либо говорит SPU исполнять комманды из этой памяти или обновляет комманды для SPU каждый кадр.
CPU управляет четырьмя ШИМ каналами через четыре циркулярных буфера находящихся в памяти SPU. SPU проходит через эти буферы и исполняет комманды записаные в них. Ещё есть один такой-же буфер для микросхемы FM синтеза.
Итого, как и в графике взаимодействие между CPU и SPU идёт согласно схеме:
Что вышло в итоге
После того как все блоки были готовы, некоторые пошли на макетные платы.
Для блока CPU я смог разработать и заказать кастомную PCB, не знаю стоит ли сделать это и для остальных модулей, думаю мне на самом деле повезло, что моя PCB сразу заработала.
На макетной плате сейчас (пока) остался только звук.
Вот как всё выглядит на сегодняшний день:
Архитектура
Диаграмма иллюстрирует компоненты в каждом блоке и как они взаимодействуют друг с другом. Единственное, что не показано это сигнал от PPU к CPU на каждом кадре в виде прерывания и такой-же сигнал который идёт в SPU.
Окончательные спецификации
Видео:
Звук:
Разработка для приставки
Для приставки был написан загрузчик. Загрузчик помещается в CPU ПЗУ и может занимать до 8 килобайт. Он использует первые 256 байт ОЗУ. Загрузчик это первое, что исполняет CPU. Он нужен чтобы показать программы находящиеся на SD карте.
Эти программы находятся в файлах которые содержат скомпилированый код и могут также содержать графику и звук.
После выбора программы она загружается в память CPU, память CHR и память SPU. После чего программный код исполняется. Максимальный размер кода загружаемого в приставку 56 килобайт, кроме первых 256 байт и конечно надо учесть место для стека и данных.
И этот загрузчик и другие программы написаные для этой приставки создавались одинаковым нижеописаным способом.
Memory/IO Mapping
Что важно при разработке под эту приставку, так это учитывать как CPU обращается к различным блокам, и правильно распределять адресное пространство ввода вывода и адресное пространство памяти.
CPU обращается к оперативной и постоянной памяти загрузчика через адресное пространство памяти.
Адресное пространство памяти 
А к PPU-RAM, SPU-RAM и IO MCU через адресное пространство ввода-вывода.
Адресное пространство ввода-вывода 
Как видно из таблицы, внутри адресного пространства ввода-вывода выделены адреса для всех устройств, IO MCU, PPU и SPU.
Управление PPU
Из информации в таблице видно, что для управления PPU надо писать в память PPU которая доступна по адресам 1000h-1FFFh в адресном пространстве ввода-вывода.
Распределение адресного пространства PPU
PPU Status может принимать следущие значения:
Вот, например, как можно работать со спрайтами:
Приставка может рисовать 64 спрайта одновременно. Данные по ним доступны через CPU через адресное пространство ввода-вывода по адресам 1004h-1143h (320 байт), на каждый спрайт приходится 5 байт информации (5 * 64 = 320):
Итого, чтобы увидеть спрайт, надо установить флаг Active в 1, и задать координаты X и Y в пределах видимости, координаты 32/32 помещают спрайт в верхний левый угол экрана, меньшие значения спрячут его либо сделают частично видимым.
Потом мы можем установить код символа и цвет прозрачности.
Например, если нам нужно показать спрайт номер 10, то адрес будет 4145 (1004h + (5 x 9)), пишем значение 1 для активирования и координаты, например, x=100 и y=120, пишем по адресу 4148 значение 100 и по адресу 4149 значение 120.
Используем ассемблер
Один из способов программирования для приставки это ассемблер.
Вот пример как показать один спрайт и анимировать его чтобы он двигался и отталкивался от краёв экрана.
Использование языка Си
Можно также использовать язык Си, для этого нам понадобится компилятор SDCC и некоторые дополнительные утилиты.
Код на Си может получится медленнее, но зато написать его быстрее и проще.
Вот пример кода, который делает то же самое, что и код на ассемблере выше, тут используется библиотека которая помогает делать вызовы к PPU:
Динамическая графика
(В оригинале Custom graphics. прим. пер.)
В ПЗУ приставки зашиты 1 страница тайлов для бэка и ещё страница готовых спрайтов), по умолчанию можно использовать только эту фиксированую графику, однако можно переключиться на динамическую.
Цель у меня была такая, чтобы вся необходимая графика в бинарной форме сразу грузилась в оперативную память CHR, причём делать это умеет код в загрузчике из ПЗУ. Для этого я сделал несколько картинок правильного размера с разными полезными символами:
Поскольку память динамической графики состоит из 4-х страниц по 256 символов 8х8 пикселей каждый и 4-х страниц таких же символов для спрайтов, я перевёл картинки в PNG формат, удалил повторяющиеся одинаковые:
И потом использовал самописную тулзу чтобы перевести это всё в бинарный формат RGB332 с блоками 8х8.
В результате имеем файлы с символами, где все символы идут последовательно один за другим и каждый занимает по 64 байта.
Волновые RAW сэмплы переведены в 8-битный 8-килогерцовые PCM сэмплы.
Патчи для звуковых эффектов на ШИМ и музыки пишутся особыми инструкциями.
Что касается микросхемы FM синтеза Yamaha YM3438, то я нашел программку называемую DefleMask которая выдаёт музыку синхронизируемую по PAL и предназначеную для YM2612 микросхемы из Genesis, которая совместима с YM3438.
DefleMask экспортирует музыку в формате VGM и я её конвертирую ещё одной самописной утилитой в свой собственный двоичный формат.
Все бинарники всех трёх типов звука комбинируются в один двоичный файл, который мой загрузчик умеет читать и загружать в звуковую память SDN RAM.
Линковка окончательного файла
Двоичный исполняемый код, графика и звук соединяются в один PRG файл. PRG файл имеет заголовок в котором всё описано, есть ли звуковые и графические данные, сколько они занимают и сами эти данные.
Такой файл можно записать на SD карту и загрузчик приставки считает его и загрузит всё в соотвествующие места и запустит исполняемый код программы.
Эмулятор
Я написал эмулятор своей приставки на С++ с применением wxWidgets, чтобы проще было девелопить для неё.
CPU эмулируется библиотекой libz80.
В эмулятор добавлены фичи для отладки, я могу его остановить в любой момент и заняться пошаговой отладкой ассемблера, есть маппинг к исходному коду на Си если для игры был использован этот язык.
По графике, я могу заглянуть в видео память, в таблицы символов и в саму CHR память.
Вот пример программы запущеной на эмуляторе со включёнными средствами отладки.
Демка программирования
Эти видео снимались камерой смартфона направленой на экран ЭЛТ телевизора, прошу прощения за неидеальное качество картинки.
Интерпретатор БЭЙСИКа программируемый с PS/2 клавиатуры, после первой программы, я показываю как писать напрямую в память PPU через адресное пространство ввода-вывода активируя и двигая спрайт:
Демка графики, в этом видео программно скачут 64 спрайта 16х16, на фоне бэкграунда с динамическим скроллингом и оверлеем который двигается под и над спрайтами:
Звуковая демка показывает возможности YM3438 и ШИМ звук, звуковые данные этой демки и FM музыка и ШИМ звуки вместе занимают почти все доступные 128 килобайт звуковой памяти.
Тетрис, для графики использваны почти только возможности бэкграунда, музыка на YM3438, звуковые эффекты на ШИМ патчах.
Заключение
Этот проект поистине воплощение мечты, я над ним работал уже несколько лет, с перерывами, смотря по свободному времени, никогда не думал, что дойду так далеко в создании собственной игровой ретро видео приставки. Она, естественно, не идеальна, я уж точно не эксперт в электронике, в приставке явно вышло слишком много элементов и несомненно можно было сделать лучше и наверное кто-то из читателей как раз об этом думает.
Но всё-же, в процессе работы над этим проектом, я узнал многое об электронике, игровых приставках и дизайне компьютеров, языке ассемблера и других интересных вещах, и главное я получил огромное удовлетворение играя в игры которые я сам написал на железе которое я сам разработал и собрал.
У меня есть планы делать приставки/компьютеры и дальше. Вообще-то, я уже делаю новую приставку, она почти готова, и является упрощёной ретро приставкой на базе FPGA платы и нескольких дополнительных компонетов, (в намного меньшем количестве чем в этом проекте, уж точно), задуманой быть намного дешевле и повторяемее.
Хотя я тут очень много написал об этом проекте, несомненно ещё многое можно обсудить, я едва упомянул как звуковой движок работает, как CPU с ним взаимодействует, да и о графической системе и других входах-выходах и обо всей приставке в целом ещё много чего можно было бы расказать.
Смотря на реакцию читателей я может быть напишу ещё статей сфокусировавшись на обновлениях, подробностях об отдельных блоках приставки или других проектах.
Проекты, сайты, каналы Youtube которые вдохновляли меня и помогали мне с техническими знаниями:
Эти сайты/каналы не только вдохновляли, но и помогли мне найти решения сложных проблем которые возникали по ходу работы над этим проектом.
Спасибо, если дочитали до сюда. 🙂
Если у вас есть вопросы или фидбек пишите в комментариях внизу (Оригинальной статьи на английском языке на Гитхабе. прим. пер.)