0 просмотренных постов скрыто
Я купил игровую консоль и написал для неё BIOS1
Осторожно: Статья написана максимально простым языком. Так что если вы гик, но не умеете программировать - вам всё равно будет интересно!
Недавно я наткнулся на DIY-игровую консоль за 1.500 рублей - Waveshare GamePi13. Когда гаджет приехал ко мне, я запустил примеры игр от производителя... и оторопел от 5 FPS в Pong - это ж как плохо нужно код писать!
Не желая мириться с этим, я открыл схему устройства, даташит на RP2040 и принялся писать свой собственный BIOS. Если вам интересно узнать, как работают DIY-консоли «изнутри», можно ли запускать внешние программы на микроконтроллерах из RAM, как реализованы различные подсистемы BIOS, а в конце даже написать «Змейку» - добро пожаловать под кат!
❯ Предисловие
Иногда китайские производители выпускают на рынок дешевые гаджеты с ориентиром исключительно на гиков. Чего-уж говорить, с какой-нибудь R36s чего только не сделали: и кастомные прошивки, и порты игр с ПК, и даже достаточно сложные аппаратные модификации. Однако в тусовке DIY'щиков обычно всё куда хардкорнее...
«Андерграундные» консоли выходят чуть ли не каждый день, но лишь единицы из них становятся хоть сколь либо популярными и попадают на массовый конвейер. От «больших» консолей их отличает простая схемотехника, использование распространенных и дешевых микроконтроллеров общего назначения и полная свобода творчества — что хочешь, то и твори! По характеристикам они чаще всего близки к оригинальному GameBoy или GameBoy Advance, а покупают их инженеры, демосценеры и ретро-энтузиасты, которые не только играют во что-то готовое, но и пишут небольшие игрушки сами!
Самые известные консоли такого формата — это нашумевший Playdate и чуть менее известный Arduboy. Обе консоли сильно ограничены в характеристиках и это подстегивает интерес гиков к постоянной оптимизации кода и попыткам впихнуть «невпихуемое». Выделился даже российский «Микрон», представив свою DIY-консоль «для хардкорных ардуинщиков» — некий MikBoy на базе своего же МИК32 «Амур»!
Я уверен что Микроновцы будут читать эту статью... Если вдруг всё получится и MikBoy пойдёт в серию — то напишите мне пожалуйста сообщение :)
Подобным «ардуинщиком» являюсь и я. Ещё со школьных лет меня нереально тянет к микроконтроллерам и Embedded-электронике в целом. О консоли собственной разработки я мечтаю с 14 лет, при этом мне не просто хочется собрать прототип и «забить», но и запустить мелкосерийное ручное производство и продавать устройства подписчикам! К своим 24-годам я сделал два прототипа и развел три платы, но все эти проекты так или иначе откладывались в долгий ящик...
Один из ранних-ранних прототипов, предназначенный для обкатки драйвера дисплея.
И вот, 25 сентября мне стукнуло 24 годика. Уже взрослый мальчик получил в качестве подарка донат от постоянного читателя и пошёл изучать маркетплейсы в поисках интересного железа. По ключевым словам «tft lcd diy» был найден «ESP32 Bitcoin Miner V2» (выгодный девкит с 2.8" и ESP32-S2), девкит ESP32 с 4.3" дисплеем и емкостным тачскрином, а также некий Waveshare GamePi13, о котором мы сегодня с вами и поговорим!
Отдельное спасибо хотелось бы сказать тем самым подписчикам. Без вашей поддержки этой статьи бы не было!
Waveshare — знаменитый в кругах энтузиастов SBC производитель. В основном компания занимается дисплеями, модулями расширения и одноплатными компьютерами.
В тот же день я заказал устройство, и уже через 3 недели трепетного ожидания, GamePi13 оказался у меня на столе. На первый взгляд консоль показалась очень маленькой: её 1.3" дисплей был даже меньше, чем у Nokia 6230i, а кнопки оказались расположены непривычно близко друг к другу. Ко всему прочему, у консоли не было предусмотрено вообще никакого корпуса: ни «болванки» от производителя, ни STL-файлов для печати. Что-ж, это только придаёт брутальности нашему устройству!
Оба устройства помещаются в одну ладошку... А ведь когда-то 6230i казался реально большим!
Как вы уже могли заметить, консоль состоит из двух независимых модулей: платы разработки Waveshare RP2040-PiZero и «бутербродного» геймпада с дисплеем, который подключается к гребёнке основной платы. В этом и кроется главный секрет устройства: геймпад изначально рассчитан именно для «одноплатников» Raspberry Pi, но поскольку Waveshare также выпускает плату RP2040 с Pi-совместимой гребёнкой, они решили заодно адаптировать его и для PiZero.
❯ Что внутри?
Хоть PiZero и похожа на референсную плату в лице Raspberry Pi Pico, у неё есть несколько серьёзных отличий:
Во первых, на плате установлена SPI-флэшка объёмом аж в 16МБ. Это максимальный объём, который поддерживает XIP-контроллер в RP2040. В RPi Pico же используется флэш-память объёмом всего в 2МБ.
Далее внимание привлекает использование менее эффективного ULDO RT9193 вместо полноценного DC-DC преобразователя в оригинальном Pico. Сам микроконтроллер сможет работать при разрядке аккумулятора ниже 3.6В, а вот периферия — под вопросом. Иными словами, мы не сможем использовать «все соки» из аккумулятора и нам придётся реализовывать отсечку по напряжению.
На плате распаяна микросхема-чарджер литий-ионных аккумуляторов ETA6096 с током зарядки аж в 1А. Если захотите использовать аккумулятор меньшей емкости — стоит подобрать резистор ISET большего номинала, иначе есть риск перегрева.
Из разъёмов распаян HDMI (да, я тоже в шоке), слот для MicroSD (под него отдали весь SPI0) и два Type-C: один для аппаратного USB-контроллера в RP2040, второй для USB через PIO. В общем, пытались угодить всем.
Плата с геймпадом не менее интересная. С фронтальной стороны у нас расположилось 10 кнопок и 1.3" IPS-дисплей с разрешением 240x240, использующий контроллер ST7789. Вообще, для такой диагонали разрешение дисплея крайне избыточно: оно не только съедает драгоценные килобайты оперативной памяти для фреймбуфера, но и значительно грузит DMA-контроллер и всю шину SPI. Я бы на месте инженеров установил бы сюда «золотой стандарт» — недорогой 1.8" 128x160. Все кнопки подключены к отдельным пинам без сдвигового регистра и занимают значительную часть доступных GPIO.
Я бы сделал лучше!
С обратной стороны расположился небольшой динамик, усилитель, построенный на базе NS8002, 3.5мм джек для подключения наушников, а также токоограничивающий резистор подсветки и обвязка для дисплея. Подсветка подключена напрямую к VSYS и рассчитана на питание от 3.3В, так что никакой регулировки яркости и продвинутых режимов сна!
Производитель платы — компания SpotPear.
Ну что-ж, собираем наш бутерброд обратно, подключаем Type-C и смотрим на одну из представленных демо-игр — Тетрис!
Нет, это не пережатая гифка, игра действительно идёт буквально в 1 FPS и с мерцанием — и это на микроконтроллере с ядром Cortex-M0+ на частоте аж в 150МГц! Я напомню, что N-Gage с процессором TI OMAP на более старом ядре ARM926EJ-S с частотой 104МГц умудрялся тянуть первый Tomb Raider с полностью программным рендерингом в 25 FPS!!!
Далее я решил открыть официальный вики Waveshare и изучить информацию о консоли, где нашел несколько примеров игр для неё, одной из которых был Pong. Какое же было моё разочарование, когда я узнал, что обе игры написаны полностью на Python: игровая логика, маршалинг данных, работа с «железом» — всё это было на интерпретируемом языке и более того, написано плохо и крайне неэффективно!
class hardware():
def init():
spi0=SPI(1,baudrate=900000000, phase=0, polarity=0,
sck=Pin(game_kit.lcd_sck, Pin.OUT),
mosi=Pin(game_kit.lcd_sda, Pin.OUT))
display = st7789.ST7789(spi0, 240, 240,
reset=Pin(game_kit.lcd_rst, Pin.OUT),
dc=Pin(game_kit.lcd_dc, Pin.OUT),cs=Pin(game_kit.lcd_cs, Pin.OUT),
xstart=0, ystart=0, rotation=0)
# 初始界面，提示游戏开始
display.fill(st7789.BLACK)
display.text(font2, "Pong!", 90, 90)
display.text(font2, "Let's go!", 60, 140)
time.sleep(1)
hardware.display = display
class pong():
def __init__(self):
# bgm
self.bgm = p_music(p_music.song2, tempo=1, duty=500, pins=[
Pin(game_kit.buzzer, Pin.OUT)])
# 控制音乐暂停和播放的键start
self.key_start = button(game_kit.key_start, self.key_start_callback)
# led
self.led = Pin(game_kit.led_sta, Pin.OUT)
Ни о каком подобии SDK или библиотеки для абстрагирования работы с железом даже речи не шло, практически всё, кроме номеров пинов, было захардкожено прямо в коде игры. О хорошей архитектуре тоже речи не идёт: один класс на всю логику с глобальными переменными... В общем, сэмплы писал либо новичок, либо прожженный эмбеддер :)
Драйвер дисплея даже не пытается использовать DMA, из-за чего даже Понг, состоящий из трёх прямоугольников умудряется тормозить.
def blit_buffer(self, buffer, x, y, width, height):
"""
Copy buffer to display at the given location.
Args:
buffer (bytes): Data to copy to display
x (int): Top left corner x coordinate
Y (int): Top left corner y coordinate
width (int): Width
height (int): Height
"""
self.set_window(x, y, x + width - 1, y + height - 1)
self.write(None, buffer)
Звуковая подсистема, состоящая из одноканальной тональной пищалки на аппаратном ШИМ-контроллере, тоже была со своими «приколами». Например «тишина» — это 0, то есть магнит всегда прижат к нижней части, хотя должно быть PWM_MAX / 2.
Под впечатлением от такого кода, я решил попробовать написать SDK для этой консоли сам. Однако моё видение идеальной DIY-консоли сильно отличалось от того-же Arduboy или Playdate!
❯ Архитектура
При проработке архитектуры будущего «BIOS», я сразу же поставил для себя несколько чётких задач:
Во первых, BIOS должен быть достаточно абстрактным для того, чтобы скрывать от игры детали реализации конкретного «железа». Иными словами, игра оперирует не DMA-контроллерами, FPU-сопроцессором и SPI, а набором простых и понятных подсистем: графика, ввод, звук, хранилище. Кроме того, это позволяет легко портировать игры для такого BIOS'а на другие платформы: можно без проблем реализовать симулятор (не эмулятор!) консоли на ПК или портировать её на ESP32 с минимальными изменениями.
Во вторых, мы ставим производительность в основной приоритет при разработке устройства. В конце-концов это же позорище, что простейшая игра тормозит и мерцает на мощном микроконтроллере, но при этом тетрисы с трёхмерной графикой вполне шустро работали на телефонах Sony Ericsson 2005 года. Именно поэтому для написания игр используются не скриптовые языки по типу Lua или JS, а самый обычный «C с классами».
В третьих, сам BIOS должен быть легко портируем между разными платами (у SpotPear есть вторая похожая плата — уже с 1.5" и стиком) и даже аппаратными платформами. Этот проект может стать основной прошивкой для консоли уже моей разработки и иметь вот такую «кроссплатформу» было бы отнюдь не лишним!
Руководствуясь критериями выше, я решил писать BIOS на C++ (на деле C с классами) с активным использованием интерфейсов и VMT. Это позволяет не только удобно структурировать модули и повышает читаемость кода игры, но и избавляет от необходимости вручную составлять таблицу системных вызовов к API. Тем не менее, в таком подходе есть один серьёзный нюанс: когда у подсистем появляются новые методы или добавляются перегрузки к прошлым, их необходимо по порядку добавлять в конец интерфейса, иначе VMT ломается.
vtable for CTest:
.word 0
.word typeinfo for CTest
.word CTest::Test()
.word CTest::Abc()
vtable for ITest:
.word 0
.word typeinfo for ITest
.word __cxa_pure_virtual
.word __cxa_pure_virtual
В своё время Microsoft решила эту проблему в COM с помощью QueryInterface и миллиона вариаций этих самых интерфейсов: IDirectSound8, IDirectDraw7 и т.д, но мы можем не изобретать велосипед, а просто предоставлять «старым» играм такие же «старые» версии VMT.
Основным объектом в BIOS'е является CSystem, который содержит в себе ссылки на другие подсистемы консоли, а также на информацию о текущей аппаратной платформе:
/// @brief Primary system service, supplied to both games and system modules.
class ISystem
{
public:
virtual CSystemInfo* GetSystemInfo() = 0;
virtual void* Alloc(uint32_t size) = 0;
virtual void Free(void* ptr) = 0;
virtual IGraphicsService* GetGraphicsService() = 0;
virtual IInputService* GetInputService() = 0;
virtual IDebugService* GetDebugService() = 0;
};
Несмотря на кажущуюся «динамическую» натуру системы, никаких IID я переизобретать не стал. BIOS должен реализовывать ровно тот минимальный функционал системы, который нужен. Экземпляр CSystem создаётся так называемым «портом» на конкретную плату, который должен заполнить структуру с указателями на реализации подсистем — прямо как machine-файлы в Linux! И RAII не нарушили, и полный контроль без костылей сохранили — ляпота!
void InitializePlatform()
{
CommManager = new CCommunicationManager();
CDebugService* dbgSvc = new CDebugService();
/* Print some userful debug information */
CJEDECFlashID* flashId = FlashManager.GetFlashID();
dbgSvc->Print("Initializing platform");
dbgSvc->Print("Flash memory manufacturer: 0x%x, capacity: %dKb", flashId->Manufacturer, flashId->Capacity / 1024);
dbgSvc->Print("CID: %d", FlashManager.GetCID());
dbgSvc->Print("First available: %d", FlashManager.GetFirstUserSector());
/* Service initialization */
InputService = new CInputService(dbgSvc);
GraphicsService = new CGraphicsService(dbgSvc);
/* Platform description info */
PlatformInfo.DebugService = dbgSvc;
PlatformInfo.GraphicsService = GraphicsService;
PlatformInfo.InputService = InputService;
System = new CSystem(&PlatformInfo);
}
int main() {
InitializePlatform();
while (true) {
/* Tick all platform-depend services here */
CommManager->Tick();
PowerStateManager.Tick();
InputService->Tick();
System->Tick();
}
}
В целом, базовая архитектура примитивная и понятная. Перейдем же к деталям реализации конкретных модулей.
❯ Графика
Первая подсистема, которую я реализовал — была графической. Концептуально она разделена на два отдельных модуля: драйвер дисплея, который позволяет получить его параметры и в будущем управлять его состоянием, а также модуль для рисования на поверхностях. Прямо как в DirectDraw:
struct CFrameBufferInfo
{
uint16_t Width;
uint16_t Height;
CColor* Pointer;
uint32_t Size;
};
class IDrawingSurface : public ISystemService
{
public:
virtual void Clear(CColor color) = 0;
virtual void DrawBitmap(CBitmap* bitmap, int x, int y) = 0;
virtual void DrawBitmapEx(CBitmap* bitmap, int x, int y, CSpriteInfo* spriteInfo) = 0;
virtual void DrawRect(CColor color, int x, int y, int width, int height) = 0;
virtual void FillRect(CColor color, int x, int y, int width, int height) = 0;
virtual void DrawLine(CColor color, int x1, int y1, int x2, int y2) = 0;
virtual void DrawString(CColor color, int x, int y, CAnsiChar* str) = 0;
};
class IGraphicsService : public ISystemService
{
public:
virtual void SetPowerState(bool isPowerEnabled) = 0;
virtual void SetBacklightState(bool isBacklightEnabled) = 0;
/* Maybe some controller-related functions in future? Like BIAS and HW rotation? */
virtual CFrameBufferInfo* GetFrameBufferInfo() = 0;
virtual IDrawingSurface* GetDrawingSurface() = 0;
virtual void Flush() = 0;
};
Сам драйвер дисплея классический: в его задачи входит инициализация контроллера, выделение памяти под фреймбуфер и регулярное обновление изображения на матрице. Поскольку в таких устройствах используются стандартные MIPI DBI экраны с набором команд DCS, часть кода инициализации и работы с дисплеем стало возможным унифицировать:
/* Perform hardware reset */
gpio_put(PIN_LCD_RST, 0);
sleep_ms(DISPLAY_INIT_SLEEP_TIME);
gpio_put(PIN_LCD_RST, 1);
sleep_ms(DISPLAY_INIT_SLEEP_TIME); /* Wait for display controller to complete initialization */
Reset(); /* Perform software reset to maintain default register state */
SendCommand(cmdSLPOUT, 0, 0); /* Disable sleep mode */
SendCommand(cmdCOLMOD, 0x05); /* Set color format and decoding*/
SendCommand(cmdINVON, 0, 0); /* Disable inversion */
SendCommand(cmdNORON, 0, 0); /* Enable normal mode */
SendCommand(cmdMADCTL, cmdMADCTL_RGB); /* Set pixel size */
uint8_t windowSize[] = { 0 >> 8, 0, DISPLAY_WIDTH >> 8, DISPLAY_WIDTH }; /* Set display window (note this is not safe for displays with sides not equal in size) */
SendCommand(cmdCASET, windowSize, 4);
SendCommand(cmdRASET, windowSize, 4);
SetPowerState(true); /* Enable display */
Вероятно читатель может спросить: «зачем выделять целых 115КБ под фреймбуфер, если можно использовать команды CASET/RASET и рисовать отдельные спрайты прямо в память дисплея?». Дело в том, что в таком случае скорость отрисовки будет падать обратно пропорционально размеру и числу рисуемых изображений. Если мы попытаемся нарисовать параллакс-фон, состоящий из трёх картинок с размерами 240x240, то нашим узким местом станет не только цена обращения к XIP-кэшу, но и производительность SPI-контроллера (который напрямую тактируется от системного PLL) и мы получим те самые 1-2 FPS. Кроме того мы потеряем возможность использования DMA и нам придётся ждать каждой транзакции на экран: это проблема многих «самодельных» консолей, которую, впрочем, можно решить обратившись к опыту предков — а именно PPU.
В своём проекте я решил активно задействовать DMA-контроллер для отправки фреймбуфера на дисплей. Концепция простая: мы указываем ему переслать фреймбуфер, начинаем подготавливать следующий кадр и если транзакция ещё не завершена - то дожидаемся её окончания, дабы картинка оставалась целостной. Однако если обновление логики следующего кадра завершается быстрее, чем DMA-контроллер успевает отправить сканлайны - мы можем получить эффект тиринга.
/* Setup DMA for SPI */
dmaChannel = dma_claim_unused_channel(true);
dmaConfig = dma_channel_get_default_config(dmaChannel);
channel_config_set_transfer_data_size(&dmaConfig, DMA_SIZE_8);
channel_config_set_dreq(&dmaConfig, spi_get_dreq(spi1, true));
channel_config_set_read_increment(&dmaConfig, true);
channel_config_set_write_increment(&dmaConfig, false);
...
if(!dma_channel_is_busy(dmaChannel))
{
uint8_t cmdByte = cmdRAMWR;
gpio_put(PIN_LCD_CS, 0);
gpio_put(PIN_LCD_DC, 0);
spi_write_blocking(spi1, &cmdByte, 1);
gpio_put(PIN_LCD_DC, 1);
dma_channel_configure(dmaChannel, &dmaConfig, &spi_get_hw(spi1)->dr, frameBufferInfo.Pointer, frameBufferInfo.Size, true);
}
Далее переходим к фактической отрисовке изображений. На данный момент поддерживается только один формат пикселей — RGB565, поскольку нет особого смысла использовать 8-битную палитру для изображений 32x32 (но есть смысл использовать 4х-битную, как на NES). Процесс рисования называется блиттингом и поскольку реализация полноценного альфа-блендинга слишком дорогая для реалтайм графики на микроконтроллерах, для описания прозрачности используется техника колоркеев.
Взято с pinterest
ColorKey — это как ChromaKey, но для описания прозрачного цвета используется только базовый цвет, а не цвет + порог допустимых цветов. Помните как в играх 90-х были картинки с розовым фоном цвета Magenta? Вот это оно самое :)
for(int i = 0; i < min(y + bitmap->Height, frameBufferInfo->Height) - y; i++)
{
CColor* bitmapScanline = &bitmap->Pointer[i * bitmap->Width];
CColor* scanline = &frameBufferInfo->Pointer[(y + i) * frameBufferInfo->Width + x];
for(int j = 0; j < min(x + bitmap->Width, frameBufferInfo->Width) - x; j++)
{
uint16_t sample = *bitmapScanline;
if(sample != bitmap->ColorKey)
*scanline = sample;
scanline++;
bitmapScanline++;
}
}
Рисование текста реализовано знакомым для Embedded-инженеров способом: шрифты описываются в формате 8x8, где 8 битов каждого байта обозначают наличие или отсутствие пикселя в текущей позиции. Такие шрифты не только занимают очень мало места, но их также очень легко и быстро рисовать, а также масштабировать под различные разрешения экранов. На данный момент я задумываюсь — стоит ли добавлять в консоль поддержку полноценного UTF-16, если учесть что основной таргет на русскоязычную аудиторию, где и CP866 хватает с головой?
Какой же дисплей чёткий...
❯ Ввод
Далее мы плавно переходим к реализации драйвера ввода. Как я уже говорил выше, все кнопки подключены к своим отдельным GPIO без использования сдвигового регистра или I/O Expander'а, что с одной стороны и хорошо (некоторые китайские производители реализовывают консоли с кнопками, основанными на матричном (!!!) принципе), а с другой — отъедает большинство GPIO у RP2040. Свободными пинами мы могли бы выполнять множество полезной работы: получать уровень заряда аккумулятора у Fuel Gauge, управлять уровнем подсветки с помощью ШИМ-контроллера и ключа, или, в конце-концов, сделать порт для подключения периферии... но нет так нет.
Сам по себе драйвер ввода до жути примитивный: он позволяет получить состояние отдельных кнопок, осей (как Input.GetAxis в Unity) и проверить, нажата ли хоть какая-то кнопка:
class IInputService : public ISystemService
{
public:
virtual EKeyState GetKeyState(EKeyCode keyCode) = 0;
virtual int GetAxis(EInputAxis axis) = 0;
virtual bool IsAnyKeyPressed() = 0;
};
Для удобства и портабельности BIOS'а между платами, кнопки геймпада маппятся к соответствующим GPIO в отдельной таблице трансляции, которая также содержит состояния этих самых кнопок:
// Should be layouted in order of EKeyCode enum
CButtonState ButtonMapping[] = {
{
PIN_KEY_LEFT
},
{
PIN_KEY_RIGHT
},
{
PIN_KEY_UP
},
{
PIN_KEY_DOWN
},
{
PIN_KEY_A
},
{
PIN_KEY_B
},
{
PIN_KEY_X
},
{
PIN_KEY_Y
},
{
PIN_KEY_LEFT_TRIGGER
},
{
PIN_KEY_RIGHT_TRIGGER
}
};
Дело в том, что в нашем проекте недостаточно иметь лишь одно булево: нажата-ли кнопка или нет, для компенсации дребезга кнопок у нас также реализуется задержка перед следующей проверкой и дополнительное состояние для удобства реализации меню — «только что отпущена».
void CInputService::Tick()
{
timeStamp = get_absolute_time();
for(int i = 0; i < ButtonMappingCount; i++)
{
CButtonState* buttonState = &ButtonMapping[i];
bool gpioState = !gpio_get(buttonState->GPIO); // Buttons are pull-up to high when not pressed
// Check if there was elapsed enough time
if(timeStamp > buttonState->LastStateChange)
{
if(buttonState->State == EKeyState::ksReleased)
buttonState->State = EKeyState::ksIdle;
if(buttonState->State == EKeyState::ksIdle && gpioState)
buttonState->State = EKeyState::ksPressed;
if(buttonState->State == EKeyState::ksPressed && !gpioState)
buttonState->State = EKeyState::ksReleased;
buttonState->LastStateChange = timeStamp + KEY_DEBOUNCE_THRESHOLD;
}
}
}
Таким образом, мы получаем куда более удобную подсистему ввода, чем условная битовая маска с обозначением каждой кнопки и ручной обработкой её состояний в игре...
EKeyState CInputService::GetKeyState(EKeyCode keyCode)
{
uint32_t code = (uint32_t)keyCode;
if(keyCode >= ButtonMappingCount)
return EKeyState::ksIdle; /* Maybe we should throw an exception? */
return ButtonMapping[code].State;
}
int CInputService::GetAxis(EInputAxis axis)
{
EKeyCode a = EKeyCode::keyLeft;
EKeyCode b = EKeyCode::keyRight;
if(axis == EInputAxis::inputAxisVertical)
{
a = EKeyCode::keyUp;
b = EKeyCode::keyDown;
}
return GetKeyState(a) == EKeyState::ksPressed ? -1 : (GetKeyState(b) == EKeyState::ksPressed ? 1 : 0);
}
А вот и результат:
❯ Запуск программ
Вот мы и подошли к, возможно, самой интересной подсистеме в нашем BIOS'е. Думаю многие читатели так или иначе интересовались тем, как же компилятор и линкер превращают исходный код и объектный файлы в пригодные для выполнения программы и библиотеки. Вопрос запуска нативных программ на микроконтроллерах интересовал и меня — я даже написал целых три статьи об этом: в первой мы поговорили о ESP32 и Xtensa, а во второй реализовали BinLoader путём реверс-инжиниринга и хакинга кнопочного телефона, а в третьей сделали полу-универсальный ElfLoader для нескольких моделей телефонов на разных платформах.
Но начнём мы с простого. Каждая программа делится на три основных секции:
.text — содержит в себе машинный код функций и так называемые Literal pools. Может быть как в ROM, так и в RAM. На системах, где есть возможность выполнять код и в ROM, и в RAM, есть отдельная секция - .iram.
.data — содержит инициализированные переменные, которые обычно попадают в оперативную память. Для статических констант есть отдельная секция, называемая .rodata.
.bss — содержит в себе не-инициализированные переменные, обычно это нули. В исполняемый файл секция .bss напрямую не записывается, остаётся лишь информация о том, каков её размер, а саму секцию затем выделит динамический линкер.
Куда попадут части программы определяет специальная утилита — линкер, которая на основе специального скрипта «раскладывает» данные по нужным секциям. Благодаря этому скрипту, мы можем, например, перенести часть функций в оперативную память для более быстрого исполнения или добавить в начало программы заголовок с описанием приложения.
В моём случае, я решил загружать игры в SRAM и дабы не реализовывать нормальный динамический линкер и релокации, решил выделить под игру фиксированный кусочек оперативной памяти объёмом в 128КБ. Для этого я отредактировал скрипт линкера Pico C SDK так, чтобы сразу после вектора прерываний шла наша программа:
. = ALIGN(4);
.ram_vector_table (NOLOAD): {
*(.ram_vector_table)
} > RAM
iram_program_reserve_size = 128K;
.iram_program (NOLOAD) : {
. = ALIGN(4);
PROVIDE(iram_program_origin = .);
. += iram_program_reserve_size;
} > RAM
.uninitialized_data (NOLOAD): {
. = ALIGN(4);
*(.uninitialized_data*)
} > RAM
Для компиляции программы также используется кастомный скрипт для линкера и особый Makefile, где после сборки программы мы копируем все её секции в выходной файл в «сыром» виде. Поскольку программа собирается под выполнение из конкретного адреса — пока речь идёт о переносимости только между одной аппаратной платформой. На RP2040, RP2350 и возможно STM32 такое «прокатит», но вот на других ARM-процессорах — большой вопрос!
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm")
SECTIONS
{
. = 0x200000c0;
.program_info : {
*(.program_info*)
}
.text : {
*(.vtable*)
*(.text*)
*(.rodata*)
*(.data*)
*(.bss*)
}
/DISCARD/ : {
*(.ARM.*)
*(.comment*)
}
}
Каждое приложение, как и базовая система, предполагает использование ООП и поэтому представляет из себя реализацию класса IApplication. Для этого нам нужна некоторая runtime-поддержка: аллокатор, функция для создания экземпляра приложения, а также указатель на ISystem. Именно поэтому каждая программа должна экспортировать специальный заголовок, где содержится указатель на функцию-инициализатор:
#define PROGRAM_HEADER 0x1337
#define PROGRAM_INFO(name, clazz) int test; CAllocator* __Allocator; IApplication* __createInstance(CAllocator* allocator, ISystem* systemPtr) { __Allocator = allocator; return new clazz(systemPtr); } \
CProgramInfo __program_info __attribute__ ((section(".program_info"))) = { PROGRAM_HEADER, BIOS_VERSION, name, &__createInstance };
struct CProgramInfo
{
uint32_t Header;
uint32_t BIOSVersion;
CAnsiChar Name[32];
CreateApplicationInstanceFunction CreateApplicationInstance;
};
...
PROGRAM_INFO("Blink", CBlinkApplication)
Таким образом, для выполнения нашей программы и вызова её обработчиков событий нам достаточно лишь загрузить файл по адресу 0x200000c0 и создать экземпляр IApplication. Всё очень просто и понятно!
CAllocator allocator;
allocator.Alloc = malloc;
allocator.Free = free;
IApplication* app = ((CProgramInfo*)ptr)->CreateApplicationInstance(&allocator, System);
Но "моргалка" ведь слишком просто, согласитесь? Поэтому мы с вами напишем ремейк классической игры Змейка, которая работает в настоящие 60 FPS!
❯ Заключение
Вот таким нехитрым образом я понемногу реализовываю свою мечту детства: «андерграунд" консоль собственной разработки. Конечно здесь ещё много чего нужно доделывать перед тем, как начинать разводить свою плату, но начало ведь положено! В контексте GamePi13, я считаю что моя реализация SDK для консоли всё таки немного лучше, чем то, что предлагает производитель «из коробки».
Я понимаю что мой не совсем трушный эмбеддерский подход может вызвать разные ощущения у читателей: так что приглашаю всех заинтересованных в комментарии, обсудим с вами «сломанный Branch-prediction из-за виртуалов», «UB из-за того, что порядок указателей на реализации в VMT может отличаться» и «какого фига игры у тебя оказались в SRAM, а высокопроизводительный код на Flash, если у XIP кэш всего в 16КБ!».
А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram-канал «Клуб фанатов балдежа», куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты и щитпостю. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.
Если вам понравилась статья...
И у вас появилось желание что-то мне задонатить (например прикольный гаджет) - пишите мне в телегу или в комментариях :) Без вашей помощи статьи бы не выходили! А ещё у меня есть Boosty.
Подготовлено при поддержке @Timeweb.Cloud
Показать полностью
18
3
Продолжение поста «Новая жизнь таблетки домофона»1
Почитал комментарии, перетряхнул панамку и решил что в одном комментаторы правы: не стоило выкладывать черновую печать на всеобщее обозрение.
Но я исправился, нашел буквально пару метров хорошего пла (с год наверное валялся, хорошо что в квартире сухо) ииии встречайте вторую итерацию брелка.
Никто не спрашивал, но я отвечу: принтер FB Ghost 5, сопло 0.4, линия 0.2, слой 0.1, скорости 60/120.
Показать полностью
3
Процесс создания
Когда смотришь на итоговую фигурку, и в голову не придёт, через что прошла эта работа и переживания мастера, тк я многому ещё учусь и очень старательно ищу «своё» в деле крафта)) Вот показываю)
Голова: решила сразу сделать болванку нужной формы, что бы меньше массы использовать для наращивания объёма.
Голова на первом этапе понравилась….
…. осталось создать тело)
Примерю разные формы тела и лап
Вот так хорошо, задние лапы очень понравились)
Похудел ))
Сходил в качалку, подкачал спинку 😂
Любимое, чешуяяяяя) леплю каждую вручную) катаю шарик из массы и растягиваю в форме чешуйки, так же можно сделать еловую шишку на ёлку, кстати)!
С крыльями сразу не было проблем, фух)
Вот такое преображение, как вам?) каждый этап тщательно приклеивался, заклепываются массой все швы, укрепляется бумагой и получается то что получается х)
Показать полностью
9
Вызов принят
Папье-маше, акриловые краски, полностью ручная работа)
Вот и готов мой хороший) я не думала даже о синем цвете, но когда мне девочки, все как одна, начали писать про него (синий, синий иней) - я сочла это за вызов хехе) и вот что у меня получилось.
С языком было сложнее всего) мне нравились все оттенки коричневый/зелёный/синий, только не классический розовато красный)
У каждого уважающего себя дракона есть золото) в данном случае это блики на крыльях…
… и рогах)
так и закончилась работа над Фыром, грустно и одновременно радостно, что он наконец увидел мир)
Показать полностью
4
Нежности вам (*^_^)
Материалы: нить Титан, бисер Toho 15, бисер Preciosa 15, кольца, замки
Показать полностью
1
Ремонт блока ABS BMW X5 E53. Почему стоимость работ нельзя узнать заранее
Каждый первый автовладелец требует просит меня сказать стоимость ремонта электронного блока заранее. И порой сильно обижаются (вплоть до истерик и инфаркта пятой точки), когда я точную цену заранее не говорю. Приведу пример, почему объём необходимых работ нельзя знать заранее и не любой ремонт будет стандартным типовым даже когда электронный блок никто никогда не трогал.
Блок ABS BMW X5 E53 попал в ремонт невскрытым, без следов вмешательства.
Как обычно загорелась гирлянда на приборной панели, в автосервисе как обычно приговорили элетронный блок ABS к замене. Всё как всегда, всё как у всех! Блок никогда не ремонтировался, крышка стоит с завода! Типовой ремонт! Ну что тут может быть особенного, скажите уже цену ну!
Выдохнем.
Сначала осмотр и замеры - замеры в норме (так бывает не всегда). А вот осмотр:
Я обратил внимание на не слишком заметную трещину в крышке.
Ну трещина и трещина, может просто царапина (мне же лишь бы придраться, чтоб цену ремонта увеличить).
Когда вскрыл крышку и увидел масштабы проблемы, стало понятно что типовым этот ремонт не будет.
Внутрь блока попадала вода, возможно во время мойки. Владелец говорил, что за своим автомобилем тщательно следит. Предположу что мыли регулярно. Судя по следам с внутренней стороны крышки, вода внутри постоянно присутствовала. Не смотря на высокие рабочие температуры, испаряться там особенно некуда - установленный блок герметичен. Вот итог:
Верхняя контактная группа проводников сгнила практически целиком. Не смотря на защитный гель, которым залита вся плата вместе с проводниками. Гнилое нужно убирать, чистить и всё восстанавливать:
Получилось вот так:
Частично тонкие золотистые проводники конечно сохранились. Те что были полностью покрыты защитным герметиком.
Остальное пришлось заменить:
Так же был заменён, продублирован и зафиксирован герметиком рабочий минусовой проводник:
Крышка блока была надёжно залита герметиком и больше не прохудится.
Гирлянда потухла, блок спасён. Мойка больше не страшна.
Оборудование для ремонта:
Микроскоп: Leica Ivesta 3
Паяльник: JBC CD-2SE
Мультиметр: Fluke 289
Спросить по ремонту блоков ABS можете у меня лично в телеграме:
или во ВКонтакте:
UPD:
Дополняю спустя время. Поскольку тема оказалась крайне болезненной для местных обитателей и есть множество пострадавших, дам краткое пояснение. Вопрос стоимости работ обсуждается в каждом конкретном случае как минимум после проведения базовых замеров и осмотра состояния конкретного блока. Никаких цен здесь нет и не будет, пост совершенно о другом. Держите себя в руках.
Показать полностью
3
6
