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99-8b
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cortex
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NyaGame Vita 单板游戏机

Copyright (C) NSDN 2014 - 2019

项目简介

本项目是NyaGame系列计划下的子项目

关于NyaGame

NyaGame是围绕同人作品《东方Project》二次创作的软硬件周边开发团队。本团队围绕《东方Project》同人二次创作进行相关的软硬件产品开发。本团队为国内最大的东方Project社区喵玉殿论坛旗下的开发机构,隶属于喵玉殿技术部。目前主要进行东方Project相关同人游戏开发和同人网络平台的开发、运维业务。

关于NyaGame Vita

NyaGame Vita 单板游戏机(简称 NGV)是NyaGame Portable 单板游戏机(简称 NGP)项目进行到中期的时候确立的新项目。主要设计思路是双核心架构,即使用 ARM(TM) Cortex(R)-M 单片机作为主核心,FPGA 作为时序敏感外设控制器、外部存储控制器和图形处理器。单片机侧运行字节码脚本引擎或脚本语言,以抽象各个硬件资源。

这样的单板电子设备还未出现在市面上,当前的相关产品要么是纯单片机系统,要么是 ARM(TM) Cortex(R)-A 系统,对于开发人员而言,在可玩性和自由度上可能还有所欠缺。这种硬核(Hardcore)的设计大多是兴趣驱动,项目本身也不包含太大的商业价值,项目进行过程中的技术积累可能会远远高于商业价值,这些技术的潜在商业价值可能也是存在的。

NGV 的主要研发工作是FPGA侧的图形处理器架构和实现,这片代号为 99-8B 的芯片暂规划为三个研发阶段:

第一阶段是承担原本单片机进行的屏幕时序操作,可概括为器件初始化和配置、像素流传输、单一像素重复传输;

第二阶段是双核心共享内存区并进行内存到屏幕的像素流传输,及多图层混合等,此时FPGA侧需要设计专有的图形处理器指令集,以实现点阵字库文字绘制、点阵数据图像渲染和绘制、背景和前景的混合和绘制;  

第三阶段是并行化渲染流水线设计,图元等概念的引入,指令集的扩充,指令缓存的实现等,第三阶段将会把显示屏接口调整为RGB888,由FPGA侧提供同步和扫描时钟。

远期的规划可能会引入部分3D渲染功能,目前暂不考虑。

除此之外,99-8B 还包含双通道音频输出单元,当然这里输出的是方波信号,用于驱动蜂鸣器。远期可能会考虑配置 SAI 接口的音频 AD/DA 用于音频播放。

考虑到 FPGA 侧的引脚资源有限,此单板游戏机的按键均连接至单片机,方向键为矩阵结构,功能键为独立按键。

单片机和 FPGA 通过 FMC 总线进行连接,二者共享一片 16 位宽,32MB 容量的 SDRAM,这存储器除了用于单片机系统 RAM 扩展以外,也作为贴图及字库等数据的缓存,便于 FPGA 的读取及显示。

除此之外,单片机和 FPGA 都分别配置了一片 SPI Flash 存储器,单片机侧也提供了 Micro SD 接口,存储器资源较为丰富。

NGV 第一版为双层板,尺寸 210mm x 90mm,板外形酷似任天堂 Switch。当然了,NGV 和 NS 的差别还是相当大的。第一版选用的单片机为 STM32F429ZGT6,配置 W25Q128 存储器,FPGA 选用的是国产的 AL3S10LG144,其内部 3D 封装了 32 位宽,2MB 容量的 SDRAM,FPGA 侧配置 W25Q16 用于存储 FPGA 配置码流、GD25Q16 用于存储额外数据。屏幕使用了一块 854 x 480 分辨率的 IPS 显示屏,大小为 5 英寸,配备 I2C 接口的电容触摸屏。

软件部分

主要是 STM32 HAL 和 FPGA 侧的相关驱动代码组合得到 BSP 层,将 BSP 层应用到 BIOS 层、Bootloader 层和 VM 层,也将 BSP 层部分功能接入到脚本语言中(目前使用的是 NSASM)。用户只需要接触 VM 和脚本语言便能方便使用各类硬件资源。同时我们将 BSP 层进行移植就可以开发出运行在其他平台上的模拟器程序,目前已开发出了基于 GCC 的模拟器程序 ngv-emu,前期显示驱动和脚本语言的开发和调试便在这模拟器上进行。

项目版权

FPGA 侧部分自研 IP 核将进行闭源,其他部分按开源项目执行。

目前项目涉及到的部分子项目和关联项目已准备进行著作权登记。

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NSDN QQ Group: 398529460

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