Game Boy Advance gibi cihazlar kare hızlarına nasıl ulaşıyor?

Bir AVR mikroişlemci ve küçük bir OLED ekrana dayanarak kendi avuç içi oyun cihazımı tasarlıyorum.

128x64 piksel monokrom ekranla başladım ve saniyede 60'dan fazla kareyle rahatça çekebiliyordum.

Geçenlerde bir RGB OLED, 128x128 piksel, sadece 4 FPS elde edebileceğimi bulmak için fazla düşünmeden kullanmaya çalıştım. Bazı düşünce ve dikkatlice yeniden yapılanmadan sonra, başka bir şey yapmayı çok fazla umursamıyorsam, bunu ~ 12fps'ye kadar alabilirim!

Sorum şu: GBA (Game Boy Advance) gibi bir cihaz yaklaşık 60 kare / sn kare hızına nasıl ulaştı? Ayrı bir 'grafik işlemcisi' olduğunu düşündüm ancak ekran verilerini buna aktarırken hala darboğaz olacağımı fark ettim.

Ayrıca, bu ekranların çoğunun sahip olma eğiliminde olduğu 8 bitlik bir paralel arayüzü kullanmayı da merak ettim, bu da beni 8 kat hızlandırabilir, modern MCU'ların seri ve bit için olduğu gibi donanımsal paralel arayüzlere sahip olma eğiliminde olmaması dışında Vurmak muhtemelen hız kazancının çoğunu tüketir.

Başka hangi seçenekler var?

Şu anda USART-SPI üzerinden bir SSD1306 OLED kontrol cihazına bağlı bir ATmega1284P kullanıyorum. Bu tek renkli versiyonudur.

Renkli ekran bir SSD1351 idi, orijinal olarak donanım SPI'sına bağlı değildi. Yeterince fark yaratacağına ikna olmadım , genel olarak çok yavaş

Daha hızlı MCU'lar alabileceğimi biliyorum, ancak başka hangi seçenekleri keşfedebileceğimi bilmek istiyorum - GBA işlemcisi 1284'ümden daha yavaş!

Diğer cevaplar, sorunuzu soyut bir düzeyde (donanım) oldukça iyi ele alıyor, ancak özellikle de GBA ile ilgili gerçek tecrübeye sahip olmak, daha ayrıntılı bir açıklamanın zamana değeceğini düşündüm.

GBA, grafik işlemcisinin video RAM’i nasıl yorumladığını kontrol etmek için kullanılabilecek birçok çizim modu ve ayarına sahipti, ancak bir şey kaçınılmazdı: kare hızı. Grafik işlemci neredeyse (aşağıda daha fazlası) bir sabit döngüde ekrana çiziyordu. (Sorunuzla ilgili en alakalı bit bu olabilir.)

Her biri arasında kısa bir mola vererek bir seferde bir satır çizerdi. Çerçeve için son çizgiyi çizdikten sonra, kabaca 30 çizgi çekmek için geçen süreye eşit bir mola verecekti. Sonra tekrar başla. Her çizginin zamanlaması ve her çerçevenin zamanlaması önceden belirlenmiş ve taşa ayarlanmıştır. Bir çok açıdan grafik işlemcisi bu sistemin ustasıydı ve oyunlarınızı davranışları etrafında yazmanız gerekiyordu çünkü hazır olsanız da olmasanız da ne yaptığınızı yapmaya devam edecekti.

Kabaca% 75-80 oranında aktif olarak ekrana itiyordu. Aynı şeyi yapsaydınız hangi kare oranlarını elde edebilirsiniz?

Zamanın% 80'i aynı zamanda CPU'nun kullanıcı girdisini işlemesi, oyun durumunu hesaplaması ve VRAM'in şu anda ekrandan çıkmış (ya da en azından mevcut çizgiye dahil edilmemiş) alanlarına sprite / fayans yüklemek zorunda kalmasıydı.

Kareler arasındaki% 20, işlemcinin tüm sonraki kareyi etkileyebilecek olan video ayarlarını veya RAM'i değiştirmek zorunda kalmasıydı.

Her satırın sonunda, grafik işlemcisi CPU'ya bir hat senkronizasyonu kesmesi gönderir. Bu kesme, birkaç sprite veya birkaç arka plan katmanına ayarlarda ince ayar yapmak için kullanılabilir (bu, çizilen her çizgi arasındaki dikdörtgen maskelerden birinin boyutunu ve konumunu değiştirerek, konik bir spot ışığı gibi bir efekt elde etmenizi sağlar. Donanım söz konusu olduğunda, tüm bu bölgeler dikdörtgendir.). Grafik işlemcinin bir sonraki satırı çizmeye başlamadan önce bu güncellemeleri küçük tutması ve bitirmesi için dikkatli olmalısınız, aksi takdirde çirkin sonuçlar alabilirsiniz. Bu kesintileri işlemek için harcanan her zaman CPU'nun işlem süresinin% 80'ini de keser ...

Bu sistemden en iyi şekilde yararlanan oyunlar için, ne CPU ne de grafik işlemcisi gerçek bir mola vermedi; her biri diğerinin şu anda bakmadığı şeyi güncelleyerek döngüde diğerini takip ediyordu.

Onları ilk bilgisayarlardan ve neredeyse tüm ev bilgisayarlarından (1) ayıran tüm oyun konsollarının en önemli özelliği donanım spritelarıydı .

Bağlantılı GBA programlama kılavuzu, ana işlemci bakış açısıyla nasıl çalıştıklarını gösterir. Oynatıcıyı, arka planı, düşmanı vb. Temsil eden bitmap'ler bir bellek alanına yüklenir. Başka bir hafıza alanı, spriteların yerini belirler. Bu nedenle, çok sayıda talimat alan her karede tüm video RAM'leri yeniden yazmak yerine, işlemcinin sadece spriteların konumunu güncellemesi gerekiyor.

Video işlemcisi bu noktada hangi hareketli grafiğin çizileceğini belirlemek için piksel piksel çalışabilir.

Ancak, bu ikisi arasında paylaşılan çift bağlantı noktalı RAM gerektirir ve sanırım GBA'da video işlemcisi ana ARM ve ikincil Z80 işlemcisiyle aynı yonga üzerinde.

(1) Önemli istisna: Amiga

“Sorum şu: GBA gibi bir cihaz yaklaşık olarak 60 fps kare hızına nasıl ulaştı?”

Sadece soruyu cevaplamak için, bir grafik işlemcisi ile yaptılar. Game Boy'un sprite grafikleri kullandığından eminim. En üst seviyede, grafik işlemcisinin arka plan görüntüsü, Mario görüntüsü ve Prenses Şeftali görüntüsü vb. Gibi şeyleri yüklediği anlamına gelir. x ve y'de, Mario x # 3'ü bu x, y konumunda "vb. üst üste bindirin. Böylece, ana işlemci her bir pikselin çizilmesi ile kesinlikle olumlu bir şekilde ilgilenmez ve grafik işlemcisi, kesinlikle durumun hesaplanması ile ilgilenmez oyun. Her biri, yapması gereken şey için optimize edilmiştir ve sonuç, çok fazla hesaplama gücü kullanmadan oldukça iyi bir video oyunudur.

GBA oldukça yavaş bir işlemciye sahipti. ARM7 çok hoş; Onlar sadece yavaş koştu ve hiçbir kaynak yanında verdi.

Bu noktada ve daha önce pek çok Nintendo oyununun yan kaydırma oynamasının bir nedeni var. DONANIM. Hepsi donanımda yapılır. Birden fazla kiremit katmanının yanı sıra bir veya daha fazla sprite da vardı ve donanım bu tablolardan piksel çıkarmak ve ekranı sürmek için tüm çalışmaları yaptı.

Ön kurulum setini kurdunuz ve ardından bir harita haritası olan ufacık bir hafızaya sahiptiniz. Sol alt döşemenin 7 döşemesi olmasını ister misiniz? Hafızaya 7 yazdın. Bir sonraki kutucuğun kiremit 19 olmasını ister misin? Döşeme kümesinde, oraya bir 19 koydunuz ve etkinleştirdiğiniz her katman için böyle. Sprite için sadece x / y adresini ayarlayın. Ayrıca, bazı kayıtları ayarlayarak ölçeklendirme ve döndürme işlemi de yapabilirsiniz; donanım gerisini halleder.

Doğru hatırlıyorsam Mod 7, bir piksel moduydu, ancak bu, piksel kaplaması için bayt koyduğunuz geleneksel bir ekran kartı gibiydi ve donanım video yenilemeyle ilgileniyor. Masa tenisine ya da en azından yeni bir kareye sahipken onları çevirebildiğinizi düşünüyorum, ama doğru hatırlamıyorum. Yine, işlemci o gün ve yaş için oldukça düşük seviyedeydi ve çok fazla hızlı kaynağa sahip değildi. Bu yüzden bazı oyunlar 7. moddayken, çoğu kiremit bazlı kaydırıcılardı ...

Yüksek kare hızına sahip bir çözüm istiyorsanız, bu çözümü tasarlamanız gerekir. SPI veya I²C veya bunun gibi bir şeyle bulduğunuz ve konuştuğunuz eski bir ekranı açamazsınız. Önüne en az bir kare tamponu yerleştirin, ideal olarak iki tane ve eğer mümkünse bu ekran üzerinde satır ve sütun kontrolü yapın.

Satın aldığınızdan şüphelendiğim ekranların bir kısmında, üzerinde konuştuğunuz bir denetleyici var. GBA / konsol tipi performans istiyorsanız, denetleyiciyi yaratır / uygularsınız. Ya da bir GPU / video yongası / mantık blobuyla satın alıyor / oluşturuyorsunuz ve HDMI veya diğer ortak arayüzü bir stok monitörde kullanıyorsunuz.

Bir bisikletin lastikleri, bir zinciri ve dişlileri olması, bir motosiklet kadar hızlı gidebileceği anlamına gelmez. Sistemi, performans ihtiyaçlarınızı karşılamak için baştan sona tasarlamanız gerekir. Bu bisiklet tekerleğini o motosikletin üzerine koyabilirsiniz, ancak istenildiği gibi performans göstermez; bileşenlerin tümü genel tasarımın bir parçası olmak zorunda.

Asteroitler de bu şekilde çalıştı; sadece bir 6502'ye ihtiyaç duyuyordu. Vektör grafikleri ayrı bir mantıkla yapıldı; 6502 vektör grafik denetleyicisine küçük bir veri dizisi gönderdi, bu da bir ROM ve kiriş ve z'nin xy grafiğini yapmak için bu verileri kullandı, açık / kapalı ... Bazı standup'larda ses ve videoyu ayırmak için ayrı işlemciler vardı. oyunu hesaplayan işlemci. Tabii ki bugün, video, ana işlemciden ayrı olmayan binlerce işlemci olmasa da, yüzlerce kişi tarafından kullanılıyor ...

GBA gibi bir cihaz yaklaşık 60 fps kare hızına nasıl ulaştı?

Donanım.

Program veri / veri belleği ile aynı veri yolunu paylaşan veya paylaşmayacak grafik belleği var ... ama asıl önemli olan şey, belleği saniyede 60 kez okuyan ve veriyi LCD’ye kullanarak LCD’ye gönderen bir grafik işlemcisine sahip olmasıdır. verimli bir şekilde yapmak için tasarlanmış optimize edilmiş bir arayüz.

Aynısını "LCD arabirim" çevre birimlerine sahip herhangi bir modern mikrokontrolcüyle yapabilirsiniz, örneğin LPC4330. Elbette uyumlu bir LCD panele ihtiyacınız olacak.

Modern hızlı mikrodenetleyiciler (yani ARM AVR değil) ve bu kadar küçük bir ekranla, grafik işlemlerini hızlandırmak için büyük olasılıkla sprite veya blitter kullanmak zorunda kalmayacaksınız. 8 bitlik bir AVR ile yavaş olabilir.

Ancak cpu ne olursa olsun, arayüzü ekrana vurarak bit emmek olacak.

Atari 2600'ün resmi televizyona göndermek için CPU'yu kullandığını düşünüyorum. Bu biraz modası geçmiş.