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模拟屏幕
光栅图形
- GPU 帧时序

在本系列的前几部分中，已经布置了 GameBoy 模拟器的结构，并达到了可以加载游戏 ROM 的程度，并由模拟的 CPU 逐步完成。通过将仿真处理器连接到内存映射结构，现在可以将外围设备连接到系统。GameBoy 和任何游戏控制台使用的主要外围设备之一是图形处理器 (GPU)：它是控制台的主要输出方法，处理器的大部分工作都在为 GPU 生成图形。

模拟屏幕

任天堂对 GameBoy 的内部名称是“点阵游戏”；它的显示器是尺寸为 160x144 的像素 LCD。如果将 LCD 中的每个像素都当作 HTML5 中的一个像素，则可以直接映射到宽 160 和高 144 的画布。为了直接寻址 LCD 中的每个像素，可以操纵画布的内容作为“帧缓冲区”：包含整个画布的单个内存块，作为一系列 4 字节 RGBA 值。

index.html

<html><head><script type="text/javascript" src="js/fileread.js"></script><script type="text/javascript" src="js/log.js"></script><script type="text/javascript" src="js/gpu.js"></script><script type="text/javascript" src="js/mmu.js"></script><script type="text/javascript" src="js/key.js"></script><script type="text/javascript" src="js/timer.js"></script><script type="text/javascript" src="js/z80.js"></script><script type="text/javascript" src="js/tabs.js"></script><script type="text/javascript" src="js/xhr.js"></script><style type="text/css">
* { margin:0; padding: 0; }
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jsGB = {run_interval: 0,trace: '',frame: function() {var fclock = Z80._clock.m+17556;var brk = document.getElementById('breakpoint').value;var t0 = new Date();do {if(Z80._halt) Z80._r.m=1;else{//  Z80._r.r = (Z80._r.r+1) & 127;Z80._map[MMU.rb(Z80._r.pc++)]();Z80._r.pc &= 65535;}if(Z80._r.ime && MMU._ie && MMU._if){Z80._halt=0; Z80._r.ime=0;var ifired = MMU._ie & MMU._if;if(ifired&1) { MMU._if &= 0xFE; Z80._ops.RST40(); }else if(ifired&2) { MMU._if &= 0xFD; Z80._ops.RST48(); }else if(ifired&4) { MMU._if &= 0xFB; Z80._ops.RST50(); }else if(ifired&8) { MMU._if &= 0xF7; Z80._ops.RST58(); }else if(ifired&16) { MMU._if &= 0xEF; Z80._ops.RST60(); }else { Z80._r.ime=1; }}//jsGB.dbgtrace();Z80._clock.m += Z80._r.m;GPU.checkline();TIMER.inc();if((brk && parseInt(brk,16)==Z80._r.pc) || Z80._stop){jsGB.pause();break;}} while(Z80._clock.m < fclock);var t1 = new Date();document.getElementById('fps').innerHTML=Math.round(10000/(t1-t0))/10;},reset: function() {LOG.reset(); GPU.reset(); MMU.reset(); Z80.reset(); KEY.reset(); TIMER.reset();Z80._r.pc=0x100;MMU._inbios=0;Z80._r.sp=0xFFFE;Z80._r.hl=0x014D;Z80._r.c=0x13;Z80._r.e=0xD8;Z80._r.a=1;MMU.load(document.getElementById('file').value);document.getElementById('op_reset').onclick=jsGB.reset;document.getElementById('op_run').onclick=jsGB.run;document.getElementById('op_run').innerHTML='Run';document.getElementById('op_step').onclick=jsGB.step;document.getElementById('tilepixels').innerHTML='';var tp = document.createElement('div');var x;for(var i=0; i<64; i++){document.getElementById('tilepixels').appendChild(tp);tp = tp.cloneNode(false);}document.getElementById('tilenum').onupdate=jsGB.dbgtile();document.getElementById('tileprev').onclick=function(){var t=parseInt(document.getElementById('tilenum').value); t--; if(t<0) t=383;document.getElementById('tilenum').value=t.toString();jsGB.dbgtile();};document.getElementById('tilenext').onclick=function(){var t=parseInt(document.getElementById('tilenum').value); t++; if(t>383) t=0;document.getElementById('tilenum').value=t.toString();jsGB.dbgtile();};jsGB.dbgupdate();jsGB.dbgtile();jsGB.trace = '';tabMagic.init();jsGB.pause();LOG.out('MAIN', 'Reset.');},run: function() {Z80._stop = 0;jsGB.run_interval = setInterval(jsGB.frame,1);document.getElementById('op_run').innerHTML = 'Pause';document.getElementById('op_run').onclick = jsGB.pause;},pause: function() {clearInterval(jsGB.run_interval);Z80._stop = 1;jsGB.dbgupdate();document.getElementById('op_run').innerHTML = 'Run';document.getElementById('op_run').onclick = jsGB.run;//XHR.connect('/log.php', {trace:jsGB.trace}, {success:function(x){}});},dbgupdate: function() {var t = document.getElementById('reg').getElementsByTagName('td');var x,j,k;for(var i=0; i<t.length; i++){if(t[i].className=='reg'){switch(t[i].getAttribute('rel')){case 'a': case 'b': case 'c': case 'd': case 'e':eval('x=Z80._r.'+t[i].getAttribute('rel')+'.toString(16);if(x.length==1)x="0"+x;');break;case 'pc': case 'sp':eval('x=Z80._r.'+t[i].getAttribute('rel')+'.toString(16);if(x.length<4){p="";for(j=4;j>x.length;j--)p+="0";x=p+x;}');break;case 'hl':k = (Z80._r.h<<8)+Z80._r.l;x = k.toString(16); if(x.length<4){p="";for(j=4;j>x.length;j--)p+="0";x=p+x;}break;case 'f':x = (Z80._r.f>>4).toString(2);if(x.length<4){p="";for(j=4;j>x.length;j--)p+="0";x=p+x;}break;}t[i].innerHTML = x;}else if(t[i].className=='io'){j = parseInt(t[i].getAttribute('rel'),16);x = MMU.rb(0xFF00+j).toString(16);if(typeof(x) != 'undefined'){if(x.length==1) x='0'+x;t[i].innerHTML = x;}}}},dbgtrace: function() {var a = Z80._r.a.toString(16); if(a.length==1) a='0'+a;var b = Z80._r.b.toString(16); if(b.length==1) b='0'+b;var c = Z80._r.c.toString(16); if(c.length==1) c='0'+c;var d = Z80._r.d.toString(16); if(d.length==1) d='0'+d;var e = Z80._r.e.toString(16); if(e.length==1) e='0'+e;var f = Z80._r.f.toString(16); if(f.length==1) f='0'+f;var h = Z80._r.h.toString(16); if(h.length==1) h='0'+h;var l = Z80._r.l.toString(16); if(l.length==1) l='0'+l;var pc = Z80._r.pc.toString(16); if(pc.length<4) { p=''; for(i=4;i>pc.length;i--) p+='0'; pc=p+pc; }var sp = Z80._r.sp.toString(16); if(sp.length<4) { p=''; for(i=4;i>sp.length;i--) p+='0'; sp=p+sp; }jsGB.trace +=("A"+a+"/B"+b+"/C"+c+"/D"+d+"/E"+e+"/F"+f+"/H"+h+"/L"+l+"/PC"+pc+"/SP"+sp+"\n");},dbgtile: function() {var tn = parseInt(document.getElementById('tilenum').value);var t = GPU._tilemap[tn];var c = ['#ffffff','#c0c0c0','#606060','#000000'];var d = document.getElementById('tilepixels').getElementsByTagName('div');for(var y=0;y<8;y++)for(var x=0;x<8;x++)d[y*8+x].style.backgroundColor=c[t[y][x]];},step: function() {if(Z80._r.ime && MMU._ie && MMU._if){Z80._halt=0; Z80._r.ime=0;if((MMU._ie&1) && (MMU._if&1)){MMU._if &= 0xFE; Z80._ops.RST40();}}else{if(Z80._halt) { Z80._r.m=1; }else{Z80._r.r = (Z80._r.r+1) & 127;Z80._map[MMU.rb(Z80._r.pc++)]();Z80._r.pc &= 65535;}}Z80._clock.m += Z80._r.m; Z80._clock.t += (Z80._r.m*4);GPU.checkline();if(Z80._stop){jsGB.pause();}jsGB.dbgupdate();}
};window.onload = jsGB.reset;
window.onkeydown = KEY.keydown;
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</html>

gpu.js

GPU = {_vram: [],_oam: [],_reg: [],_tilemap: [],_objdata: [],_objdatasorted: [],_palette: {'bg':[], 'obj0':[], 'obj1':[]},_scanrow: [],_curline: 0,_curscan: 0,_linemode: 0,_modeclocks: 0,_yscrl: 0,_xscrl: 0,_raster: 0,_ints: 0,_lcdon: 0,_bgon: 0,_objon: 0,_winon: 0,_objsize: 0,_bgtilebase: 0x0000,_bgmapbase: 0x1800,_wintilebase: 0x1800,reset: function() {for(var i=0; i<8192; i++) {GPU._vram[i] = 0;}for(i=0; i<160; i++) {GPU._oam[i] = 0;}for(i=0; i<4; i++) {GPU._palette.bg[i] = 255;GPU._palette.obj0[i] = 255;GPU._palette.obj1[i] = 255;}for(i=0;i<512;i++){GPU._tilemap[i] = [];for(j=0;j<8;j++){GPU._tilemap[i][j] = [];for(k=0;k<8;k++){GPU._tilemap[i][j][k] = 0;}}}LOG.out('GPU', 'Initialising screen.');var c = document.getElementById('screen');if(c && c.getContext){GPU._canvas = c.getContext('2d');if(!GPU._canvas){throw new Error('GPU: Canvas context could not be created.');}else{if(GPU._canvas.createImageData)GPU._scrn = GPU._canvas.createImageData(160,144);else if(GPU._canvas.getImageData)GPU._scrn = GPU._canvas.getImageData(0,0,160,144);elseGPU._scrn = {'width':160, 'height':144, 'data':new Array(160*144*4)};for(i=0; 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x=0; tile=GPU._vram[mapbase+t]; if(tile<128) tile=256+tile; tilerow = GPU._tilemap[tile][y]; }linebase+=4;} while(--w);}else{var tilerow=GPU._tilemap[GPU._vram[mapbase+t]][y];do{GPU._scanrow[160-x] = tilerow[x];GPU._scrn.data[linebase+3] = GPU._palette.bg[tilerow[x]];x++;if(x==8) { t=(t+1)&31; x=0; tilerow=GPU._tilemap[GPU._vram[mapbase+t]][y]; }linebase+=4;} while(--w);}}if(GPU._objon){var cnt = 0;if(GPU._objsize){for(var i=0; i<40; i++){}}else{var tilerow;var obj;var pal;var pixel;var x;var linebase = GPU._curscan;for(var i=0; i<40; i++){obj = GPU._objdatasorted[i];if(obj.y <= GPU._curline && (obj.y+8) > GPU._curline){if(obj.yflip)tilerow = GPU._tilemap[obj.tile][7-(GPU._curline-obj.y)];elsetilerow = GPU._tilemap[obj.tile][GPU._curline-obj.y];if(obj.palette) pal=GPU._palette.obj1;else pal=GPU._palette.obj0;linebase = (GPU._curline*160+obj.x)*4;if(obj.xflip){for(x=0; x<8; x++){if(obj.x+x >=0 && obj.x+x < 160){if(tilerow[7-x] && (obj.prio || !GPU._scanrow[x])){GPU._scrn.data[linebase+3] = pal[tilerow[7-x]];}}linebase+=4;}}else{for(x=0; x<8; x++){if(obj.x+x >=0 && obj.x+x < 160){if(tilerow[x] && (obj.prio || !GPU._scanrow[x])){GPU._scrn.data[linebase+3] = pal[tilerow[x]];}}linebase+=4;}}cnt++; if(cnt>10) break;}}}}}}break;}},updatetile: function(addr,val) {var saddr = addr;if(addr&1) { saddr--; addr--; }var tile = (addr>>4)&511;var y = (addr>>1)&7;var sx;for(var x=0;x<8;x++){sx=1<<(7-x);GPU._tilemap[tile][y][x] = ((GPU._vram[saddr]&sx)?1:0) | ((GPU._vram[saddr+1]&sx)?2:0);}},updateoam: function(addr,val) {addr-=0xFE00;var obj=addr>>2;if(obj<40){switch(addr&3){case 0: GPU._objdata[obj].y=val-16; break;case 1: GPU._objdata[obj].x=val-8; break;case 2:if(GPU._objsize) GPU._objdata[obj].tile = (val&0xFE);else GPU._objdata[obj].tile = val;break;case 3:GPU._objdata[obj].palette = (val&0x10)?1:0;GPU._objdata[obj].xflip = (val&0x20)?1:0;GPU._objdata[obj].yflip = (val&0x40)?1:0;GPU._objdata[obj].prio = (val&0x80)?1:0;break;}}GPU._objdatasorted = GPU._objdata;GPU._objdatasorted.sort(function(a,b){if(a.x>b.x) return -1;if(a.num>b.num) return -1;});},rb: function(addr) {var gaddr = addr-0xFF40;switch(gaddr){case 0:return (GPU._lcdon?0x80:0)|((GPU._bgtilebase==0x0000)?0x10:0)|((GPU._bgmapbase==0x1C00)?0x08:0)|(GPU._objsize?0x04:0)|(GPU._objon?0x02:0)|(GPU._bgon?0x01:0);case 1:return (GPU._curline==GPU._raster?4:0)|GPU._linemode;case 2:return GPU._yscrl;case 3:return GPU._xscrl;case 4:return GPU._curline;case 5:return GPU._raster;default:return GPU._reg[gaddr];}},wb: function(addr,val) {var gaddr = addr-0xFF40;GPU._reg[gaddr] = val;switch(gaddr){case 0:GPU._lcdon = (val&0x80)?1:0;GPU._bgtilebase = (val&0x10)?0x0000:0x0800;GPU._bgmapbase = (val&0x08)?0x1C00:0x1800;GPU._objsize = (val&0x04)?1:0;GPU._objon = (val&0x02)?1:0;GPU._bgon = (val&0x01)?1:0;break;case 2:GPU._yscrl = val;break;case 3:GPU._xscrl = val;break;case 5:GPU._raster = val;// OAM DMAcase 6:var v;for(var i=0; i<160; i++){v = MMU.rb((val<<8)+i);GPU._oam[i] = v;GPU.updateoam(0xFE00+i, v);}break;// BG palette mappingcase 7:for(var i=0;i<4;i++){switch((val>>(i*2))&3){case 0: GPU._palette.bg[i] = 255; break;case 1: GPU._palette.bg[i] = 192; break;case 2: GPU._palette.bg[i] = 96; break;case 3: GPU._palette.bg[i] = 0; break;}}break;// OBJ0 palette mappingcase 8:for(var i=0;i<4;i++){switch((val>>(i*2))&3){case 0: GPU._palette.obj0[i] = 255; break;case 1: GPU._palette.obj0[i] = 192; break;case 2: GPU._palette.obj0[i] = 96; break;case 3: GPU._palette.obj0[i] = 0; break;}}break;// OBJ1 palette mappingcase 9:for(var i=0;i<4;i++){switch((val>>(i*2))&3){case 0: GPU._palette.obj1[i] = 255; break;case 1: GPU._palette.obj1[i] = 192; break;case 2: GPU._palette.obj1[i] = 96; break;case 3: GPU._palette.obj1[i] = 0; break;}}break;}}
};

一旦为屏幕数据分配了一块内存，就可以通过将 RGBA 分量写入块中该像素位置的四个值来设置单个像素的颜色；像素位置可由公式确定y * 160 + x。

光栅图形

在画布就位以接收 GameBoy 的图形输出后，下一步是模拟图形的制作。原来的GameBoy硬件在时序上模拟了阴极射线管（CRT）：在CRT中，电子束逐行扫描屏幕(从左到右，从上到下)，扫描结束后扫描过程返回到屏幕顶部。

可以看出，CRT 需要更多的时间来绘制扫描线，而不是简单地在有问题的像素上运行：需要一个“水平消隐”期，使光束从一行的末尾移动到下一行的开头. 类似地，每一帧的结束意味着一个“垂直消隐”期，而光束则返回到左上角。由于光束必须在垂直消隐中进一步移动，因此该时间段通常比水平消隐时间长得多。

同样，GameBoy 显示器呈现水平和垂直消隐期。此外，扫描线本身所花费的时间分为两部分：GPU 在访问视频内存和访问精灵属性内存之间切换，同时绘制扫描线。出于此仿真的目的，这两个部分是不同的，并且相互遵循。下表说明了 GPU 在每个周期内停留的时间，以运行在 4194304 Hz 的 CPU 的 T 时钟表示。

GPU 帧时序

时期	GPU 模式编号	花费的时间（时钟）
Scanline（访问OAM）	2	80
扫描线（访问 VRAM）	3	172
水平空白	0	204
一行（扫描和空白）		456
垂直空白	1	4560（10行）
全帧（扫描和空白）		70224

为了保持这些与仿真 CPU 相关的时序，必须存在时序更新函数，该函数在每条指令执行后都会被调用。

Z80.js：调度器

while (true) {Z80._map[MMU.rb(Z80._r.pc++)]();Z80._r.pc &= 65535;Z80._clock.m += Z80._r.m;Z80._clock.t += Z80._r.t;GPU.step();
}

GPU.js：时钟步长

 _mode: 0,_modeclock: 0,_line: 0,step: function(){GPU._modeclock += Z80._r.t;switch(GPU._mode){// OAM read mode, scanline activecase 2:if(GPU._modeclock >= 80){// Enter scanline mode 3GPU._modeclock = 0;GPU._mode = 3;}break;// VRAM read mode, scanline active// Treat end of mode 3 as end of scanlinecase 3:if(GPU._modeclock >= 172){// Enter hblankGPU._modeclock = 0;GPU._mode = 0;// Write a scanline to the framebufferGPU.renderscan();}break;// Hblank// After the last hblank, push the screen data to canvascase 0:if(GPU._modeclock >= 204){GPU._modeclock = 0;GPU._line++;if(GPU._line == 143){// Enter vblankGPU._mode = 1;GPU._canvas.putImageData(GPU._scrn, 0, 0);}else{GPU._mode = 2;}}break;// Vblank (10 lines)case 1:if(GPU._modeclock >= 456){GPU._modeclock = 0;GPU._line++;if(GPU._line > 153){// Restart scanning modesGPU._mode = 2;GPU._line = 0;}}break;}}

在上面的代码中，GPU 的计时已经建立，但 GPU 的工作还没有到位：renderscan 是工作发生的地方。在本系列的下一部分中，将研究 GameBoy 的背景图形系统背后的概念，并将代码放入渲染函数中以模拟它们。

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使用HAXM 与 KVM 给emulator加速 Android emulator 运行很慢,应该使用虚拟机加速, Windows 下 Android SDK Manager中可以安装 HAXM, 安 ...
mysql8.0其他机器访问_量子公司重大突破，量子机器学习实用化进程加速
编辑:Yan Ding 校对:Peiyong Wang 近日,著名的量子计算公司QC Ware宣布,其在量子机器学习(QML)方面取得多项重大突破,该突破将以更快的速度推动量子机器学习的发展. ...
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Android 模拟器 GPU ON
Android模拟器 3D 加速架构运行 Android 模拟器的有个 GPU 开关,当打开 GPU 开关 3D 加速功能将转给 HOST的 GPU, 否则就是用 Soft 3D(CPU 执行 GP ...

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