А можно рассмотреть старые компы типа XT?
Эмулятор для них есть в проекте "мурмулятор".
Там же схемы эмуляции различных приставок, компьютеров типа "Радио-86РК" и "ZX-Spectrum".
Надеюсь скоро можно будет эмулировать i286 и i386 - и, возможно, даже получится запустить OS/2 Warp 4.0 Merlin или что-то подобное для офисной работы...
Меня часто спрашивают, почему я не наносек.
Я маргинал, который знает исключительно вершки-корешки и не умеет ни код нормальный писать, ни что то доводить до конца. Я не закончил три пту в своем городе из за того, что просто отбитый маргинал. Поэтому мне не светит ни госка, ни частная контора, ни даже работа на галере - у меня нет скиллов, а умело продавать себя я не умею и у меня не хватает хватки.
Так что фигня это все, мой максимум - второсортные развлекательные статейки, чисто как бульварное чтиво, только про IT. Почти как нейромусор.
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
В наше время эталоном плавности и производительности среди мобильных устройств принято считать iPhone. Действительно, инженеры Apple проделали довольно большую работу по оптимизации скорости отрисовки и плавности интерфейса, однако не одним iPhone мы были едины!
В 2004 году, Palm выпустила уникальный смартфон, который сочетал в себе привычный интерфейс, широкий функционал, невероятную производительность и... эмулятор M68k. Я решил разобраться, в чём-же заключается его главный секрет и готов рассказать вам о Treo 650 во всех подробностях!
Для ЛЛ: особая архитектура ОС
Устройства Palm всегда были уникальными и концептуально отличались от других карманных компьютеров. Пока другие производители гнались за самым мощным железом и функционалом, Palm делала акцент на обратную совместимость программ, высокую производительность и синхронизацию с ПК. История портативных гаджетов Palm начинается с КПК Pilot 1000, который вышел в 1996 году и стал одним из первых действительно массовых гаджетов в таком форм-факторе.
Pilot 1000 отдаленно напоминал современные смартфоны: у него был интерфейс, адаптированный для работы стилусом или пальцем, функционал органайзера, а также возможность установки сторонних программ и синхронизации с ПК. При этом у Palm'ов была одна очень интересная особенность: для ввода текста предлагалось использовать не виртуальную клавиатуру, а развитую технологию рукописного ввода Graffiti, которая стала визитной карточкой компании на протяжении долгих лет! Внутри Pilot'а был современный для тех лет процессор Motorola MC68328, работавший на частоте 16МГц и целых 128КБ оперативной памяти, а розничная цена составляла всего 299$, что обеспечило популярность модели и интерес со стороны разработчиков софта.
Прототип Pilot 1000, представляющий из себя Breakout-плату для MC68328!
После успеха Pilot 1000, Palm продолжила развивать линейку КПК на всё той-же аппаратной платформе, постепенно проводя её апгрейды: сначала вышел Pilot Personal/Professional с поддержкой модема от 3Com, затем Pilot III с 2МБ оперативной памяти, подсветкой экрана и ИК-портом, а годом позже и флагманский Palm VII с доступом к интернету с помощью сети Mobitex. К 2000 году для PalmOS вышло довольно много различного софта, причём большинство было платным и для его покупки надо было выписывать чек или покупать физическую копию на диске.
К 2001-ому году, Palm начала терять позиции на рынке карманных компьютеров из-за появления Microsoft PocketPC: операционная система на базе Windows CE имела многозадачность, позволяла легко портировать программы с ПК благодаря схожему API и поддерживала самые разные архитектуры процессоров. Несмотря на то, что устройства на PPC были значительно дороже, многие пользователи отдавали предпочтение именно им — и с этим нужно было что-то делать.
Маленькое инженерное чудо!
В марте 2001 года компания представила новую модель — m505, которая отличалась наличием 16-битного цветного дисплея, новым процессором Motorola Dragonball VZ, работавшем на частоте 33МГц и целыми восемью мегабайтами оперативной памяти, а также новой операционной системой PalmOS 4.0. Кроме этого, компания начала лицензировать PalmOS сторонним производителям, благодаря чему появилась линейка самобытных КПК Sony CLIÉ.
Однако уже в 2002 году, сомнительные перспективы низкочастотных процессоров Dragonball и устаревшей архитектуры m68k были очевидны для Palm и они решились на рискованный шаг: в новой линейке Tungsten они решили перейти на процессоры TI OMAP с архитектурой ARM. Но как тогда быть с уже существующим софтом, который распространялся на дисках? Правильно — встроить эмулятор m68k (PACE) в новую систему PalmOS 5.0 «Garnet»!
И если на первый взгляд эта затея кажется глупой, вы просто сравните Dragonball VZ и TI OMAP 1510:
Ядро: M68EC000 (корни идут от CMOS-версии M68k из 1985 года) vs ARM925T (почти самое современное ядро ARM на момент появления Tungsten, современнее только ARM926E)
Частота: 33МГц vs 144МГц
MIPS (число миллионов инструкций в секунду): 5.4 MIPS vs ~159 MIPS
Кэш-память: Отсутствует vs 16КБ для инструкций и 8КБ для данных
Таким образом, программы для m68k на ARM Palm'ах работали не хуже, чем на оригинальных устройствах, однако с SDK для новых устройств был очень неприятный нюанс...
В том же 2002 году, Palm выпустила первое устройство, где отошла от концепции рукописного ввода и установила полноценную QWERTY-клавиатуру — Tungsten W. Влияние BlackBerry на тенденции бизнес-устройств в те годы было очевидным, поэтому Palm разработали не просто КПК, а целый коммуникатор — с собственным радиомодулем, дисплеем высокого разрешения и... почему-то всё тем-же процессором Dragonball VZ!
Пс, если кому-то Tungsten W не нужен или вы хотите его продать — пните в комментариях пожалуйста. Можно даже нерабочий — ремонтировать такие штучки для меня одно удовольствие!
На то время процессор в Tungsten W казался малость устаревшим... Но сейчас я понимаю — по сути это один из немногих смартфонов с процессором m68k помимо Motorola Accompli!
А через год компания Handspring, созданная выходцами из Palm, представила своё собственное видение смартфона на PalmOS — Treo 600, который является кровным братом Treo 650, о котором мы с вами сегодня и поговорим. Но перед тем, как переходить к обзору устройства — мы с вами сначала его разберём и узнаем, что у него скрывается «под капотом» — здесь действительно есть на что посмотреть!
Свой Treo 650 я купил на китайской онлайн-барахолке примерно за 1.900 рублей вместе с кабелем, а выкупить и привезти его в Россию мне помогли подписчики Роман, Андрей и сервис YouCanBuy, за что вам огромное спасибо.
Разборка начинается с снятия задней крышки и выкручивания шести винтиков по периметру устройства. Однако перед разборкой я сразу обратил внимание на необычный 6-пиновый АКБ, который явно напоминал HTC'шные аккумуляторы тех лет. Главная их особенность в том, что на BMS (плата защиты) распаяны дополнительные чипы для обмена информацией о модели аккумулятора, его заряде, температуре и другие необходимые данные. Если запитать коммуникатор HTC тех лет от «лабораторника» просто подключив плюс и минус, то гаджет скорее всего включится, но драйвер контроллера питания не даст разрешение на старт зарядки и в меню не будет виден индикатор уровня заряда.
Владельцы HTC Gene/O2 Xda Mini II поймут...
После разборки нас встречает «бутербродная» плата и до боли знакомая схемотехника. К сожалению, в процессе эксплуатации гаджет залили водой — на защитных экранах и контактах видны следы лёгкой коррозии, а на тест-поинтах и пятачках не распаянных SMD-компонентов — заметные потемнения.
Где-то я это уже увидел... Но пока это всё ещё лишь предположения
Начнём пожалуй с верхней части бутерброда — платы, на которой виднеется слот под сим и IMEI. Крепится она на двух винтах и подключена с помощью разъёма штырькового типа. Думаю всем читателям уже очевидно, что это GSM-модем устройства, однако даже такая банальная вещь реализована здесь весьма необычным способом. Дело в том, что в коммуникаторах нулевых, использование внешних модемов было отнюдь не редкостью. В тех-же самых устройствах RoverPC и O2 можно было встретить внешние платы-модемы Telit, припаянные к основной плате методом поверхностного монтажа. Однако здесь, судя по всему, если радиочасть устройства выходила из строя, можно было самому просто поменять плату с модемом на другую и продолжать пользоваться смартфоном как ни в чем не бывало!
Конструктивно модем достаточно прост и построен на относительно распространенной компонентной базе тех лет:
В качестве Baseband-процессора процессора используется система на кристалле Broadcom BCM2132. На самом деле, этот SoC самодостаточен и способен в одиночку выполнять практически все функции необходимые для простого кнопочного телефона. Состоит он из одного ядра ARM926EJ, способного работать на частоте до 74МГц, DSP-сопроцессора на архитектуре Teaklite, контроллера дисплея, камеры, SD-карт, NAND-флэшек, а также шин общего назначения — I2C, SPI, UART, USB.
Чуть правее расположилась так называемая eMCP-микросхема Spansion S71PL032JA0, которая в одном корпусе содержит как оперативную, так и флэш-память, позволяя значительно сэкономить место на плате. Объём памяти скромный — 2МБ PSRAM и 4МБ NOR-памяти. Классика!
Выше процессора находится чип Infineon PMB6258, который выполняет задачи RF-фронтэнда или трансивера. Простыми словами, именно он ответственен за преобразование аналогового сигнала с антенны в цифровой пакет, который затем обрабатывает DSP в Baseband'е. Справедливо и обратное: когда Baseband подготовил GSM-пакет, он отсылает его в трансивер, а тот «пускает» его в эфир!
Рядом с PMB6258 расположился чип PMB2259, который выполняет роль VGA-драйвера или же усилителя сигнала. Вполне возможно, что это некий предусилитель, поскольку рядом с флэш-памятью скрывается ещё один безымянный GSM-усилитель.
Принципиальная схема трансивера в паре с бейсбендом Infineon S-Gold
С модемом закончили, здесь всё стандартно. Пора разбирать и изучать гаджет дальше: вытаскиваем шлейф клавиатуры и видим очень интересный парт-номер...
HTC... Ну мало-ли, в те годы они были крупным ODM и OEM-производителем, может Palm Treo просто собирали на их заводах?!
После снятия защитных экранов сомнений больше не осталось: рядом с процессором расположился чип производства самой HTC — 30H80049. Точное его назначение мне неизвестно, но по опыту с другими коммуникаторами этого вендора осмелюсь предположить, что он выполняет роль контроллера питания. Поскольку чипы HTC используются только в собственных разработках компании — становится очевидным, что аппаратную часть Palm Treo разработал именитый тайваньский производитель! Кто бы мог подумать?
Также косвенно это подтверждает тот факт, что кроме PalmOS были Treo с Windows Mobile на борту, а как известно — HTC один из главных производителей устройств на WM.
Далее мы видим сердце основной части устройства — топовый для своих лет чипсет Intel PXA270. На самом деле, о крутости этого процессора можно рассказывать часами, чипы на базе микроархитектуры XScale были легендарными в гиковских и промышленных кругах благодаря хорошей документации, отличной производительности и наличию порта Linux. Но давайте по порядку:
Одно ARMv5-совместимое ядро, построенное на собственной микроархитектуре Intel XScale, способное работать на частоте до 624МГц. Также PXA270 поддерживал набор SIMD-инструкций Wireless MMX (олды смахнули слезу, услышав знакомую аббревиатуру).
32 килобайта L1-кэша инструкций + 32 килобайта L1-кэша данных.
Возможность выполнения до 800 миллионов инструкций в секунду (MIPS) при максимальной рабочей частоте.
Контроллеры шин общего назначения: UART, I2C, SPI, USB.
Периферийные модули для управления DRAM, NAND и NOR-памятью, а также контроллер SD-карт.
Контроллеры клавиатуры, дисплея, ШИМ, GPIO и даже встроенный RTC...
64МБ встроенной NOR-памяти типа StrataFlash
И всё это будучи изготовленным на 180нм техпроцессе!
Чуть ниже процессора расположился один-единственный чип SDRAM-памяти производства Infineon объёмом в 32МБ, а также микросхема NAND-памяти M-Systems объёмом аж в 64МБ. Одна флэшка под систему, вторая под пользовательские данные — где такое ещё можно увидеть?!
Над процессором можно заметить микросхему Broadcom BCM2035, которая выполняет роль Bluetooth-контроллера.
Около разъёма можно наблюдать ещё два «питальника» устройства: ШИМ-контроллер MAX1887, а также контроллер зарядки аккумулятора MAX1874E. Чуть ниже расположилась неизвестная микросхема, судя по характерной для Sony маркировке — это контроллер дисплея.
Не менее интересен и сам дисплей смартфона — это крупная 2.8" матрица Sony ACX533AKM с разрешением аж в 320x320, выполненная по технологии TFT-LCD (LTPS). По меркам 2004 года это очень большое разрешение для кнопочного устройства, примерно как в наше время 4K в смартфоне!
Лично меня удивляет тот факт, что на шлейфе присутствует нетипично-большое количество обвязки и в первую очередь внешняя микросхема формирования BIAS-напряжения (контрастности) TI TPS65110, который обычно встроен в сам кристалл дешифратора. Кроме того, похоже что сразу на шлейфе распаян драйвер подсветки — такое тоже встретишь не часто!
Ну что-ж, теперь мы знаем, что у Treo 650 находится «под капотом». На самом деле, у смартфона достаточно необычный даже по меркам тех лет конструктив, местами он напоминает плату самого первого коммуникатора от HTC — Wallaby и именно благодаря этой характерной преемственности, я сразу же понял откуда идут корни устройства!
С оценкой аппаратной части устройства мы закончили, давайте перейдем к программной!
После включения нас встречает калибровка тачскрина, диалог первоначальной настройки и наконец главный экран. У Treo была интересная особенность: концепции рабочего стола в привычном понимании у него могло и не быть, а главным экраном являлось меню приложений, которое было разделено на несколько подгрупп.
В отличии от современников на Windows Mobile, Treo работает невероятно быстро. Почти все приложения открываются моментально и сразу готовы к работе, никаких экранов загрузки, ANR и тормозящих интерфейсов — всё работает так, как в новом iPhone сразу после покупки. И хотя iPhone куда более плавный, чем Treo 650, в некоторых кейсах смартфон от Palm показывает себя не хуже, а то и лучше какого-нибудь iPhone 15 на самой последней iOS!
За такой впечатляющей производительностью скрывается сразу две архитектурные тайны PalmOS. Первая заключается в том, что система от Palm «однозадачная» — и в ней одновременно может работать только один процесс, а для реализации отложных задач предлагается использовать кооперативную многозадачность и события. На самом деле, в ядре системы есть потоки и задачи, однако API для них задокументировано плохо, а планировщик включается лишь по запросу. Таким образом, приложению доступно практически всё процессорное время без необходимости делить его на кванты.
Вторая тайна удивит вас не меньше: помните в начале статьи я рассказывал о встроенном эмуляторе m68k — PACE? Дело в том, что Palm по каким-то причинам не успела портировать системные приложения на ARM и поэтому почти все системные и сторонние программы написаны для архитектуры m68k и выполняются в эмуляторе, сохраняя при этом невероятную производительность! А секрет здесь прост: дело в том, что PACE эмулирует только само процессорное ядро, но не весь КПК Palm. Когда программа вызывает системную функцию, эмулятор её перехватывает и вызывает соответствующую нативную реализацию для ARM.
По такой-же концепции написан эмулятор PPSSPP, а также слой совместимости с x86 в Windows 10 for ARM. По сути, это превращает нативные m68k-приложения в что-то типа интерпретируемых...
Интересно также то, что у PalmOS по сути и не было концепции файловой системы. Приложения хранили свои данные в собственных базах данных, которых могло быть несколько, а сделано это было для упрощения процесса синхронизации с компьютером. Для этого у Palm'ов была очень удобная программа — HotSync. С её помощью производился процесс авторизации пользователя, устанавливался софт (но никто не мешал устанавливать программы с SD-карты), делались бэкапы, а также переносились мультимедийные файлы.
Процесс синхронизации
Не менее интересна реализация сетевого стека в Palm'е, которая позволяет прицепить PPP вообще к любым портам в Treo. Сеть через UART? Пожалуйста. Сеть через ИК-порт — тоже без проблем. Сеть через BT или модем 3Com от модели 1998 года? Вообще без проблем! Можно было подключить даже Wi-Fi модуль в формате SDIO-карточки!
Однако в современном интернете у Treo 650 уже всё не так хорошо. К почтовым серверам с SSL он подключится не может, а браузер даже OpenNet не открывает. Это очень грустно...
Зато у Treo 650 всё хорошо с играми. В своё время известный мобильный издатель Astraware портировал на PalmOS многие Shareware-хиты нулевых. Здесь есть полноценная Zuma, Raging Thunder, классические игры Atari, арканоиды, головоломки и множество других игр из нулевых. Не все они работают идеально быстро (в том числе из-за необходимости эмуляции m68k), но поиграть было во что!
А для тех, кому не хватает нативных приложений, есть экзотическая Java-машина от IBM с поддержкой MIDP 2.0. Благодаря ей появляется возможность играть в легендарные игры для J2ME-телефонов, если они не используют специфичное API по типу 3D...
Вот такими были смартфоны Palm в начале нулевых годов. По правде сказать, Treo контрастирует на фоне Windows Mobile и Symbian-смартфонов не только невероятной производительностью, но и весьма странными архитектурными решениями. Уж чего-чего, но однозадачную ОС в смартфоне 2006 года точно не ожидаешь встретить, когда даже в самых недорогих и простых кнопочниках трудится полноценная RTOS!
Однако Treo 650 кажется диковинкой только в наше время. В те годы это было желаемое устройство для тех, кому необходимо много переписываться, читать и даже играть... Надеюсь, вам было интересно!
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!
Подготовлено при поддержке @Timeweb.Cloud
Под прошлой статьей о Siemens C65, многие читатели ставили под сомнение легендарность немецких телефонов и говорили о том, что настоящими легендами были устройства от Nokia. И это правда — именно поэтому я решил написать подробную ретроспективную статью, в которой расскажу не только об аппаратных платформах легендарных Symbian-смартфонов, но и об их программных особенностях.
Если вам интересно узнать что внутри у легендарной «бочки», причём здесь КПК Psion и какие необычные решения использовали инженеры Nokia — добро пожаловать под кат!
❯ Предисловие
Телефоны Nokia, наравне с Sony Ericsson, справедливо считаются легендарными. В своё время финские устройства были чуть ли не у каждого: у кого-то были простенькие звонилки на S30, у ребят побогаче — продвинутые мультимедийные телефоны на S40, ну а у совсем крутых были смартфоны на операционной системе Symbian с оболочкой S60. И именно о смартфонах в рамках данной статьи мы с вами и поговорим.
Изначально слово «смартфон» обозначало кнопочное устройство с полноценной операционной системой, многозадачностью и широкими коммуникационными возможностями. В нулевых этот термин в основном применялся к тем гаджетам, где была возможность установки программ написанных на C/C++ и использующих родное API системы. В отличии от простых Java-приложений, такие программы могли использовать практически весь функционал устройства, а также появлялась возможность портирования программ с других платформ.
Устройства на PocketPC for Smartphone — типичные представители смартфонов из нулевых. Предков современных смартфонов с тачскринами называли коммуникаторами.
В нулевых на рынке смартфонных операционных систем было два главных конкурента: Windows Mobile в редакции Smartphone Edition и Symbian. И что очень интересно — обе системы берут корни от электронных органайзеров. В случае с Windows Mobile всё очевидно — это просто специальная версия Windows CE, знакомой нам по устройствам Casio Cassiopeia и HP Jornada, однако с Symbian всё было гораздо интереснее.
Fujitsu Intertop CX-300 — один из представителей HPC на WinCE. Условно говоря, HPC и электронные органайзеры Psion — достаточно близкие по концепции устройства.
Всё началось в 1991 году, когда Psion представила линейку портативных органайзеров (мини-ноутбуков) Series 3. Устройства были относительно недорогими, практичными и долго работали от одного заряда батареек, а в качестве операционной системы использовали многозадачную ОС собственной разработки Psion — EPOC16. В целом, эти устройства нашли своего пользователя и стали достаточно популярными, хотя безусловно были гаджеты и покруче.
Может у кого-то из читателей есть тройка на продажу? Хочу в коллекцию и поковырять :)
В 1997 году Psion представила следующее поколение — Series 5, которое использовало мощные по меркам тех лет 32-х битные процессоры на архитектуре ARM и новую систему EPOC32, которая на этот раз была написана полностью на C++ и на уровне ядра закладывала концепцию ООП. От современников, EPOC32 отличалась очень высокой производительностью, малыми требованиями к объёму ОЗУ и стабильностью благодаря микроядерной архитектуре: большинство драйверов и модулей в системе были отдельными процессами, с которыми как программы, так и ядро могли общаться с помощью встроенного механизма для IPC. ООП-подход на уровне системы также был революционным, однако с его реализацией были определенные проблемы...
Какой красивый
В 1996 году выходит первое устройство из серии Nokia Communicator — 9000. Гаджет совмещал в себе функционал как мобильного телефона, так и x86-компьютера на процессоре AMD Elan. Примерно в 1998 году, в Psion понимают, что концептуально 9000 очень сильно напоминает Series 5 и будущее будет за гаджетами, которые совмещают в себе функционал как телефона, так и компьютера. Вместе с Nokia, Motorola и Ericsson, Psion создаёт новую компанию — Symbian Ltd. и в том же 1998 году, она выпускает EPOC Release 5.
Nokia 9000 Communicator. Внутри этого малыша настоящий x86!
Первым мобильным устройством на Symbian (а вернее EPOC Release 5u) стал Ericsson R380, вышедший в 2000 году. Именно к нему впервые был официально применен термин «смартфон», ведь его дизайн и функционал были просто невероятными. В закрытом состоянии это был обычный кнопочный телефон, по дизайну ничем особо не отличающийся от Motorola DynaTAC или Nokia тех лет, однако если откинуть клавиатурный блок — перед нами открывался широкий монохромный дисплей с приличным разрешением в 120x360, а также резистивным тачскрином. В отличии от органайзеров Psion, на R380 нельзя было устанавливать сторонний софт, но всё равно это было революционное для своих лет устройство.
Годом позже подтянулась и Nokia, выпустив в 2001 году новую модель из линейки Communicator — 9210. Модель отличалась форм-фактором ноутбука, цветным внутренним дисплеем и достаточно высоким уровнем интеграции. Для нового устройства Nokia специально доработала существующую аппаратную платформу DCT-3, выделив её в отдельную ветку DCT-L. Именно 9210 стал первым Symbian-смартфоном от Nokia, однако в отличии от знакомой нам оболочки S60, коммуникаторы использовали S80 — специально разработанную для подобного формата устройств. Помимо этого, 9210 был первым Symbian-смартфоном с возможностью установки сторонних программ.
Может у кого-то есть плата для 9210? Мою упаяли так, что мне пока не под\ силам её поднять.
В 2002 году на свет появился первый Symbian-смартфон в привычном для нас форм-факторе — им стал флагманский слайдер 7650 с VGA-камерой. Это было первое устройство, которое использовало фирменную оболочку S60, а также построенное на новой аппаратной платформе WD2, которая и стала основой для легендарных смартфонов из первой половины нулевых...
Но сегодняшним героем станет легендарная «бочка» — Nokia 6600, которая является одним из самых популярных смартфонов эпохи WD2 наравне с N-Gage. Таких устройств у меня целых два и оба подарены подписчиками, за что вам огромное спасибо! Давайте же посмотрим, что у WD2-гаджетов было «под капотом»!
❯ Разбираем
В те годы смартфоны от Nokia делили не только общую аппаратную платформу, но и конструктив. Многие модели были выполнены как эдакий «бутерброд»: верхняя крышка, средняя часть корпуса с отдельной платой клавиатуры, сама плата и задняя часть корпуса. При этом «навесные» модули по типу вибромотора и разъёма зарядки зачастую прижимались пружинными контактами, благодаря чему их можно было легко заменить, а сами детали стоили копейки и были взаимозаменяемыми. Нередко «ремонт» заключался лишь в чистке в контактов... сравните это с заменой слухового динамика на последнем айфоне :)
Красавец-мужчина!
Первым делом в процессе разборки мы встречаем TN-дисплей с разрешением 176x208. Довольно интересен тот факт, что практически все WD2-смартфоны использовали один и тот же дисплей с одинаковой диагональю и распиновкой. В некоторых моделях менялся лишь направление шлейфа дисплея, но если подключить к N-Gage обратной стороной матрицу от 6600 — она запустится и будет работать. Помимо WD2-устройств, этот дисплей встречался в переходных устройствах таких как N70 и N72, но необычные инженерные решения этих устройств — тема для отдельной большой статьи!
С подключением дисплеев в смартфонах Nokia был отдельный казус. Дело в том, что для устранения наводок на сигнальные линии от радиотракта, инженеры решили использовать EMIF-фильтры в корпусе «стеклях». Только вот эти самые фильтры были очень хрупкими и легко повреждались как в следствии падения, так и погружения под воду — из-за чего телефон показывал белый экран при общей работоспособности. Мастера нередко заменяли эти фильтры на перемычки и всё работало прекрасно.
С фронтальной стороны платы расположилась основная платформа смартфона, а в её центре — чипсет (AP-процессор) под названием UPP WD2. На практике это специальная заказная версия TI OMAP с одним ядром ARM926EJ-S, работающим на частоте 104МГц, SDRAM-контроллером, контроллером NOR-памяти, DSP для работы с GSM-стеком, специальным ASIC'ом и другой периферией по типу контроллера UART и шины I2S. Весьма интересным является тот факт, что Nokia в паре с TI не использовала внешние Baseband'ы (модемы) в паре с AP-процессором, как это было принято в Windows Mobile-устройствах, а уместила всё в один чип...
А потом в N70 поставила целый RAP3G от BB5 со своей флэшкой и ОЗУ!
Чуть ниже процессора расположились 4 чипа NOR-памяти производства AMD, каждый объёмом в 8МБ, что в сумме даёт целых 32МБ! В отличии от NAND-флэшек, NOR включались напрямую в адресное пространство процессора и реализовывали технологию XIP — eXecute In Place. Поскольку EPOC изначально была ориентирована именно на XIP NOR и ROM память, в системе сразу же была оптимизация по потреблению оперативной памяти за счёт того, что библиотеки не загружались в ОЗУ, а выполнялись напрямую из флэш-памяти. Левее процессора расположился чип SDRAM-памяти производства Samsung объёмом в 16МБ — что для тех лет было весьма неплохо!
Чуть выше процессора распаян чип UEM, который выполняет роль контроллера питания, ЦАП/АЦП для динамиков и микрофона, а также «часового» — если процессор в течении 32 секунд после включения не откликается — UEM отключает питание (помним «белые экраны», после которых телефон отключается?). Кроме того, UEM согласовывает напряжение логических уровней для SIM-карты и F-BUS (UART) интерфейса с процессором, а также отвечает за переход в тестовый режим и мониторинг потребления тока с помощью микросхемы токового датчика Zocus.
У разъёма дисплея в верхней части платы можно заметить тот самый фильтр-стекляшку. Такие же фильтры можно увидеть слева от контактов для клавиатуры!
Под защитными экранами скрывается ещё два чипа: первый — PMB3346, который выполняет роль RF-фронтэнда (трансивера) для работы с GSM-сетью. Если говорить очень грубо, то это чип, которому на вход поступают цифровые пакеты GSM, а в эфир уходит радиоволна. Справедливо и обратное — как только приемнику прилетает «пакет» от GSM, он отправляет его DSP Baseband'а, а тот обрабатывает их в читабельный или прослушиваемый вид и отдаёт центральному процессору (или через DMA отправляет аудиотракту — реализации могут быть разными).
Левее расположился GSM-усилитель производства Renesas. Тут особо ничего и не добавить кроме того, что радиочасть у смартфонов на WD2 была относительно больным местом и зачастую при ремонте в этих смартфонах меняли всё по очереди: UPP, UEM, PMB3346, усилок и так далее пока не получат нормальный прием сети.
С обратной стороны платы расположился лишь BT-модуль и камера. В целом, конструктив у устройства простой, но из-за использования жесткого компаунда, который нужно было долго и упорно вычищать из под процессора и UEM, аппаратный ремонт смартфонов Nokia не всегда был простой задачей. Кроме того, особенно отличалась программная часть: мало того что для прошивки необходим программатор, так ещё если не забэкапить сертификаты или, например, в процессе ремонта отъехала флэш-память, то приходилось ещё и покупать эти самые сертификаты, иначе смартфон вообще не работал или падал в ошибку. Вот такая веселуха!
❯ Включаем
Вы когда-нибудь задумывались о том, что происходит после нажатия на красную кнопку? Вот я — да и поэтому по крупицам на основе опыта с другими устройствами выстроил следующую схему. Начинается всё с того, что контроллер питания обнаруживает низкий уровень на пине PWRBUTTON после нажатия на кнопку включения и переходит в состояние «включения». UEM включает необходимые для работы процессора и памяти регуляторы напряжения, а также разрешает работу драйвера подсветки, после чего в течении 32х-секунд ожидает начала поступления сигналов Ping от процессора — это этап «белого экрана».
В это время, процессор сначала выполняет первичный код инициализации из BootROM для настройки периферии, а затем начинает выполнение первичного загрузчика (SPL) из NOR-памяти. В это время загрузчик проверяет показания от токового датчика (Zocus), среднего пина аккумулятора — BSI (если установить BL-4C в смартфон на WD2 — то можно получить лого Nokia без подсветки), и проверяет режим, в котором необходимо запустить смартфон — например Local mode или Test mode. После этого, загрузчик передаёт управление ядру Symbian, ядро проводит быструю самопроверку (как POST в ПК), а затем показывает логотип Nokia — пока ещё без анимации. В процессе загрузки ядра, смартфон инициализирует драйверы необходимые для работы устройства, запускает службы, инициализирует GSM-стек и если не найдена SIM-карта — показывает соответствующее диалоговое окошко. В обратном случае, Symbian показывает ту самую анимацию Nokia и запускает приложение домашнего экрана.
После включения, Symbian показывает себя во всей красе. На самом деле, эта ОС была очень крутой и продвинутой по меркам своих лет, однако из-за сложного API системы и отсутствия совместимости с POSIX (была лишь частичная, да и то через стороннюю библиотеку), разработка приложений для неё была слишком сложна. В отличии от Windows Mobile, для Symbian не было нормального симулятора с отладчиком, адекватной IDE (Carbide — это неадекватная IDE) и даже базовые концепции ОС были чужды для многих разработчиков десктопных приложений. Взять хотя-бы те же самые конструкторы объектов: рантайм C++ в Symbian не поддерживал исключений в угоду производительности и из-за этого каждый объект может иметь два конструктора и два метода-фабрики — один из которых может кидать псевдоисключение и возвращать null, а другой — нет.
Помимо этого, у системы была сложная оконная система. Поскольку играм нужен был прямой доступ к фреймбуферу, предлагалось получить указатель на дескриптор дисплея, ручками определять версию структуры этого самого дескриптора и относительно него выбирать формат пикселя (к слову именно поэтому некоторые игры на поздних Symbian имели искаженные цвета) — коих было целых три — 12, 16 и 18 бит. В общем, полная жесть!
Но тем не менее, те, кто справлялся с сложностью программирования под Symbian — получали максимальную отдачу от железа. Чего уж там говорить, если на 104МГц процессоре такая легендарная 3D-игра, как Lock'n'Load, шла в стабильные 25-30 кадров без какого либо GPU? Чего уж говорить об эмуляторах NES и SMD, которые 6600 уже в 2004-2005 году переваривал практически в Full Speed!
Довольно крутая графика для смартфона 2004 года!
Однако для тех, кому C++ был слишком сложен, была передовая Java-машина. Помимо базового профиля MIDP 2.0, Nokia добавляла свой собственный набор API для работы с устройством. В целом, на Symbian-устройствах чаще можно было встретить именно Java-приложения, поскольку весили они немного и нередко покрывали все потребности пользователя. Мессенджер? Аська! Браузер? Opera MIni или UC Web. Игры? Bobby Carrot и Asphalt!
Стоит ли говорить о том, что мультимедийные возможности смартфона были тоже на высоте? И пристойная VGA-камера, и поддержка как аудиофайлов в формате MP3, так и видеороликов в MP4/AVI и многих других форматах. И всё это умудрялось работать с настоящей, трушной многозадачностью без «скриншотов» как на айфоне, умещаясь в какие-то жалкие 16МБ памяти? Вот то-то же, умели раньше оптимизировать софт!
Вот такими были легендарные смартфоны Nokia на платформе WD2. Вся информация бралась из официальной документации на API Symbian и EPOC, схем на устройства и из немногочисленных утечек и наблюдений моддеров. Пожалуй, это самый доступный ретроспективный экскурс в мир Symbian-устройств для гиков!
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.
Друзья! Для подготовки статей с разработкой самопальных игрушек под необычные устройства, объявляется розыск телефонов и консолей! В 2000-х годах, китайцы часто делали дешевые телефоны с игровым уклоном — обычно у них было подобие геймпада (джойстика) или хотя бы две кнопки с верхней части устройства, выполняющие функцию A/B, а также предустановлены эмуляторы NES/Sega. Фишка в том, что на таких телефонах можно выполнять нативный код и портировать на них новые эмуляторы, чем я и хочу заняться и написать об этом подробную статью и записать видео! Если у вас есть телефон подобного формата и вы готовы его задонатить или продать, пожалуйста напишите мне в Telegram (@monobogdan) или в комментарии. Также интересуют смартфоны-консоли на Android (на рынке РФ точно была Func Much-01), там будет контент чуточку другого формата :)
Кроме того, я ищу подделки на брендовые смартфоны 2009-2015 года выпуска. Многие из них работают на весьма интересном железе и об их моддинге я бы мог сделать интересный контент. Особо разыскиваются подделки Apple iPhone и HTC (по типу HD2 и Touch Diamond 2) на Windows Mobile и Android, а также Samsung Galaxy. Также представляют моддерский интерес первые смартфоны Xiaomi из серии Mi, Meizu (ещё на Exynos) и телефоны Motorola на Linux (например, EM30, RAZR V8, ROKR Z6, ROKR E2, ROKR E6, ZINE ZN5, о которых я хотел бы подготовить отдельные статью и видео, поскольку они работали на очень мощных для своих лет процессорах, поддавались серьезному моддингу и были способны запустить даже Quake.
Большое спасибо читателям и зрителям за подгоны, без вас контент бы не выходил!
Подготовлено при поддержке @Timeweb.Cloud
В сентябре 2020 Года NVIDIA предложила выкупить британскую компанию ARM у SoftBank за $40 млрд (наличными и акциями). ARM была ядром мобильной, серверной и встраиваемой электроники — её архитектура лежит в основе 70 % устройств мира. Предложение пожертвовать независимость ARM вызвало тревогу у регуляторов и конкурентов.
Вертикальная интеграция: NVIDIA использует архитектуру ARM для своих GPU и DPU — объединение могло дать ей доступ к конфиденциальным данным конкурентов, использующих чипы ARM
Риски «отсечения» конкурентов: CMA указала, что NVIDIA могла бы ограничить доступ к ARM IP для производителей серверных CPU, SmartNIC, автомобильных SoC
Угроза национальной безопасности: Великобритания инициировала фазу 2 расследования после обращения министра digital, отмечая, что ARM — стратегический актив
Регуляторы США, ЕС, Китай, Япония и Южная Корея начали свои проверки одновременно — под давлением многочисленных компаний, включая Google, Microsoft, Qualcomm, Samsung и Apple
FTC (США) — в декабре 2021 подала административный иск по Sherman Act, заявляя, что сделка угрожает конкуренции на рынках дата-центров, SmartNIC и автопилотов
CMA (Великобритания) — в августе 2021 перешла к фазе 2 и заявила, что предложенные NVIDIA «поведенческие меры» не могут компенсировать угрозы конкуренции
ЕС, Китай и другие — усилили давление, изучая воздействие на открытость архитектуры ARM .
Конец 2021 года стал периодом беспрецедентного одновременного вмешательства регуляторов в сделку вертикального характера.
7 февраля 2022 обе стороны объявили о расторжении сделки, сославшись на непреодолимые регуляторные барьеры . Также NVIDIA потеряла $1.25 млрд предоплаты, что было признано «ценой сохранения конкурентного рынка» ARM
ARM. Возвращаясь самостоя́тельно, компания готовилась к IPO (на весну 2023 года), сохранив бренд, модели лицензирования и R&D в Кембридже .
NVIDIA. Сфокусировавшись на AI и GPU, она продолжила работу с ARM как лицензиат — отказ от поглощения помог избежать расходов на интеграцию и потери влияния на конкурентов.
Реструктуризация ролей. ARM осталась нейтральной платформой, что важно для производителей, конкурирующих с NVIDIA и другими.
Сигнал регуляторов. Компании должны учитывать вертикальные сделки в условиях усиленного контроля.
Конкуренция усилилась. Без поглощения ARM стала публичной и открыла новые возможности для компаний вроде Qualcomm, Samsung, Apple, Google.
Архитектурный контроль важен. Независимость ARM сохранит экосистему SoC, IoT и AI гибкой и разнообразной.
Хотя речь не о пользовательском интерфейсе напрямую, решение CMA и FTC — это защита архитектурного UX: доступность ARM для всех, даже если это угрожает вертикальной интеграции. С сохранением конкуренции пользователи устройств получают выгоду от технологического разнообразия.
Сделка NVIDIA + ARM провалилась под ударами регуляторов — масштаб и структура не позволяли избежать antitrust.
ARM сохранила независимость, ускорила IPO, сохранила поддержку лицензиатов.
NVIDIA продолжает развивать AI без юридических рисков и затрат, сохранив партнерские отношения.
Для тех, кто строит технологии в масштабах платформ — кейс показывает: угроза вертикальной интеграции ещё сильнее, чем финансовая.
Это кейс не просто о провале сделки, а о защите архитектурной экосистемы, влиянии регуляторов и стратегических рисках вертикальных объединений.
💥 У зелёного гиганта внезапно возникли технические трудности с релизом своих первых десктопных процессоров.
🔊 NVIDIA заявила, что чипы N1 и N1x находятся на стадии полномасштабного производства. В сеть тем временем утекли результаты тестирования прототипа N1x в Geekbench 6.2.2. Он набрал 3096 баллов в однопотоке и 18 837 баллов в многопотоке. Такие показатели позволили бы процессору конкурировать с Qualcomm Snapdragon Elite, а может быть, и с Apple M3.
🛠 Nvidia столкнулась с проблемами, для устранения которых может потребоваться модификация самого чипа. Эта неудача последовала за более ранним сбоем в работе, который случился в начале 2025 года, когда во время первичной проверки были выявлены некоторые незначительные недостатки. Тогда инженерам NVIDIA удалось их быстро исправить.
📆 Сроки поставки сдвигаются на конец 2026 года.
#Nvidia #N1X #Куртка #ИИ
🎙Подписывайтесь на ARCHiTECH
