NES游戏机项目制作笔记（未完成）

24年12月1日晚记——在网上找项目学习的时候发现一个有意思的项目，准备靠这个应用一些STM32的高级功能。值得提醒的是——目的在于学习不可贪杯，注意效率

01 根据项目需求分析

为确保充分考虑每一个细节，并且让自己高效的完成项目制作，我的步骤是：

查看相关项目制作，分析难度与学习点
向GPT请教
学习立创开源教程

01 硬件部分

处理能力：一般选择STM32系列中的Cortex-M4或Cortex-M7内核较为适合。

考虑到只是学习，我还是采取最高效率的已有硬件条件

存储需求：NES游戏的ROM文件可能较大，因此需要SD卡
外设支持：需要支持一定的外设接口，如显示屏、音频输出、控制器输入等

1.显示屏选型

320x240分辨率的TFT LCD屏

SPI通讯的240*280像素的1.69寸IPS高清圆角屏幕，很不错适合DIY玩家

字体取模

图像取模

Image2Lcd图片取模软件-CSDN博客

2.DAC外设播放音频的实现

数字化声音记录以及播放的原理

1. 声音记录采集

麦克风:根据声音的强弱产生不同强弱的电信号，再经过运放的放大处理，最后通过固定周期模拟信号数字采集（ADC）处理了原始的音频数字信号。

ADC的常见量化（bit）单位分为8bit，16bit，24bit。一般来说比特越高声音细节保留越完整。
信号的采集周期常见的分为：8000，11025，22500，44100。一般来说采集周期越高音频细节保留越完整，但人耳的听觉范围为20-2000Hz,过高的采样周期没有太多意义。
至于单声道和多声道，就是一个ADC或者多个ADC的区别了

2.声音的存储

分为 原始音频信号保存（常见的格式为WAV）和 压缩音频（常见的格式为MP3）

3. 声音的播放

数字音乐的播放无论是有无压缩,都通过数字信号模拟输出（DAC）输出，经过运放（功放）电路驱动喇叭形成的声音

单片机DAC外设及音频电路

（1）将音频转换为8bit

由于单片机的DAC只支持8/12位的数据输出，而单片机的存储器和数据处理能力是16位的，仍然使用16位的数据来处理音频会加大存储空间（DAC数据左对齐，即放置在16位寄存器的较高位，较低的4位则填充0，然后只取16位数据的高12位）

22000Hz

所以我们这里采用8位采样的音频数据，所以我们需要将电脑上面的音频文件转换一下

盘点8bit音频制作软件-CSDN博客

（2）音频文件转换成单片机数组或者移植文件操作系统

存储在电脑上的文件是基于文件系统的文件数据，在单片机上面想直接使用就必须移植文件系统，但是在我们的游戏机扩展项目中，我们只需要使用基本的音频数据即可，所以需要将音频文件转换成可以直接使用的数组即可。

单片机实现音频播放

DAC+定时器

理论上，原始数据处理好了之后，只需要将原始音频数据发送给数字信号模拟输出（DAC），然后DAC生成的电压信号经过功放就可以驱动喇叭发出声音了。

但是声音的采集时有固定的周期的，所以播放的时候也必须严格按照该周期将数据输出到DAC，否则声音输出时会因为周期的不同而变音。
另外还需考虑音频数据播放完了是否循环

3. 控制器输入

具体请看NES 模拟器开发教程 12 - 输入设备 - 简书

摇杆：

ADC读取摇杆=分(两个滑动变阻器)和(无接触式霍尔)或者(磁编码器)作为角度检测

八大按键：

A
B
SELECT
START
UP
DOWN
LEFT
RIGH

4. 震动效果

使用单片机的来控制震动电机的强弱

震动电机种类

震动电机是一种产生震动的元件，常见的是通过旋转偏心配重产生震动感，一般震动电机大，功率就大。通常使用于按摩椅，震动抛光机，游戏机手柄，手机内部

游戏机使用的震动电机——贴片的震动电机3610贴片马达

额定3.0V~85mA——使用电压在2.3~4.5V
三个引脚——外壳接地、+、-；
可以用IO控制震动开关，也可以用PWM控制震动强弱

5.电池管理电路

……

02 软件部分

花费了漫长的时间，我把大部分硬件部分下单了，但是关键部分依旧是下面这段代码的移植
为了与我自己的芯片（407VGT6）结合，我准备研究一下代码……
——12.4晚

1.NES模拟器代码移植过程

介绍：

NES游戏为任天堂公司红白机上面运行的一种游戏，CPU为6502芯片，所以NES模拟器需要模拟6502微处理器的行为。你可以考虑以下两种方式：

现成的NES模拟器库：可以查找一些开源的NES模拟器代码（如FCEUX、Nestopia等）并将其移植到STM32上。这种方式能显著加速开发过程。
从零开始开发：如果选择从头开发，需要实现/准备以下功能：
- 6502 CPU模拟：模拟CPU指令集，处理中断、内存管理等。
- PPU（Picture Processing Unit）模拟：模拟NES的图形处理单元，包括背景、精灵（Sprites）渲染等。
- APU（Audio Processing Unit）模拟：模拟音频生成和输出。
- 卡带（Cartridge）/ Mapper:包含 NES 程序和图像的信息，相当存储器等部分优化的硬件
- 内存：如RAM（掉电会丢失）
- ROM（掉电不丢失）：存放了……用到再说
- 输入处理：读取控制器输入并转化为游戏操作。

网上开源的单片机端的NES模拟器主要有：info nes（龙元）stm32 nes(ye781205)，stm32 nes(正点原子)。正点原子的nes是在ye781205开源的基础上进行优化处理

分析：

1.nes_apu.c文件

通常包含与NES音频处理单元（APU）相关的代码。APU是NES游戏机中的一个关键组件，负责生成游戏的声音和音乐。在模拟器开发中，nes_apu.c文件实现了对原始NES APU功能的模拟，使得模拟器能够播放出与原始硬件相同的声音效果。

nes_apu.c文件中的代码可能包括以下几个主要部分：

音频初始化：这部分代码负责设置音频输出的初始状态，包括采样率、缓冲区大小等参数。例如，代码中可能包含对音频设备的初始化，以及创建音频缓冲区。
音频处理：这部分代码模拟了NES APU的音频生成逻辑。它可能包括对不同音频通道（如方波通道、三角波通道、噪声通道等）的模拟，以及对这些通道的音量、频率等参数的调整。
音频输出：代码中可能包含将生成的音频数据输出到实际音频设备的函数。例如，apu_soundoutput函数可能负责将音频数据写入音频缓冲区，以便音频设备可以播放出来。1
音频中断处理：在NES中，APU可以产生中断，通知CPU音频相关事件的发生。在模拟器中，这部分代码可能模拟了这种中断处理逻辑，确保音频的适时更新和播放。
音频寄存器访问：NES APU通过一系列寄存器来控制音频生成。NES_apu.c中的代码可能提供了对这些寄存器的模拟，使得模拟器的CPU可以像操作真实硬件一样，通过读写这些寄存器来控制音频。
音频采样和播放：代码中可能包含对音频采样的处理，以及如何将采样数据转换为可以播放的音频流。这可能涉及到对音频数据的缓冲和处理，以确保音频的流畅播放。
音频同步：为了确保音频与游戏画面的同步，代码中可能包含与视频帧率同步的逻辑，确保音频和视频保持同步。

这些代码通常是用C或C++编写的，因为这些语言提供了对硬件的直接访问和控制能力，适合模拟器开发。在实际的项目中，NES_apu.c文件可能会根据具体的模拟器需求和设计有所不同，但上述功能是其常见的组成部分。

2.`nes_crc32.c`文件

是STM32F407中NES模拟器的一个组成部分，它主要包含了用于计算循环冗余校验（CRC32）值的函数。CRC32是一种常用的数据校验算法，用于检测数据传输过程中的错误。

在NES模拟器中，nes_crc32.c文件中的函数通常被用来校验NES游戏ROM文件（.nes文件）的完整性。NES游戏ROM文件在模拟器中运行之前，可能会通过CRC32算法进行校验，以确保文件没有被损坏或者篡改，从而保证游戏的正常运行。

具体来说，nes_crc32.c文件可能包含以下功能：

CRC32计算函数：实现CRC32算法的核心功能，接收数据输入并返回计算出的CRC32值。
ROM文件校验：利用CRC32函数对NES游戏ROM文件进行计算，并与已知的正确CRC32值进行比较，以验证文件的完整性。
错误处理：如果校验失败，即文件损坏，可能会提供错误处理机制，如提示用户文件损坏或者尝试修复文件。
优化：考虑到STM32F407的处理能力，nes_crc32.c中的代码可能会进行优化，以提高计算速度和效率。

在实际应用中，nes_crc32.c文件是NES模拟器中确保游戏ROM文件正确加载和运行的重要组件。通过校验，可以避免因文件损坏导致的游戏无法运行或运行异常的问题，提升了模拟器的稳定性和用户体验

3.`nes_main.c文件`

是STM32F407中NES模拟器的核心源代码文件，它包含了模拟器的主循环和主要功能实现。这个文件通常负责初始化模拟器环境、读取NES游戏ROM文件、模拟NES硬件行为以及处理用户输入和游戏输出。

在nes_main.c中，你可能会看到以下几个主要部分：

初始化函数：这部分代码负责设置STM32F407的硬件资源，如定时器、中断、GPIO等，以便模拟器可以正常运行。
主循环：这是模拟器的核心部分，它不断地执行以下步骤：
- 读取用户输入（如按键操作）。
- 更新游戏状态（根据用户输入和游戏逻辑）。
- 渲染游戏画面到屏幕。
- 处理音频输出（如果模拟器支持声音）。
NES ROM加载和解析：这部分代码负责读取.nes格式的游戏ROM文件，并解析其中的游戏数据，以便模拟器可以理解和执行。
硬件模拟：nes_main.c中包含了模拟NES CPU、PPU（图像处理单元）和APU（音频处理单元）的代码。这些模拟代码尽可能地重现了原始NES硬件的行为，使得游戏可以在STM32F407上运行。
输入和输出处理：模拟器需要能够接收用户的输入（如按键操作），并将其转换为游戏可以理解的指令。同时，模拟器还需要将游戏的输出（如画面和声音）呈现给用户。
错误处理和调试信息：在实际开发中，nes_main.c可能还会包含一些错误处理代码和调试信息输出，以便开发者可以追踪和解决问题。

请注意，具体的nes_main.c内容可能会根据不同的模拟器实现和作者的编程风格有所不同。如果你有特定的nes_main.c文件想要分析，可以提供给我，我可以帮你解读其中的关键部分

`4.nes_mapper.c文件`

是NES模拟器的一个关键组成部分，它主要负责处理游戏卡带（Cartridge）的映射逻辑。在NES模拟器中，Mapper的作用是将CPU和PPU（Picture Processing Unit）的地址空间映射到游戏卡带上的不同区域，从而实现对游戏数据的访问。

具体来说，nes_mapper.c文件通常包含以下内容：

Mapper初始化：在模拟器启动时，会根据游戏ROM的头部信息来初始化Mapper，设置正确的映射规则和内存布局。
内存映射：根据不同的Mapper类型，游戏ROM和图像数据可能被分割成多个内存块（banks）。nes_mapper.c负责管理这些内存块的映射，确保CPU和PPU能够正确地访问到所需的数据。
Bank切换：当游戏需要访问不同的内存块时，nes_mapper.c会处理Bank切换逻辑，更新映射关系，使得CPU和PPU能够访问到新的内存区域。
特殊功能：某些Mapper还可能包含特殊功能，如扩展RAM、电池备份RAM、水平镜像/垂直镜像等，nes_mapper.c需要实现这些特殊功能。
I/O处理：一些Mapper还可能包含I/O端口，用于与游戏卡带上的额外硬件（如额外的音频芯片）通信。nes_mapper.c需要处理这些I/O操作。

在实际应用中，nes_mapper.c的实现会非常复杂，因为它需要支持多种不同的Mapper类型，每种类型可能有不同的映射规则和特殊功能。因此，nes_mapper.c通常会包含大量的条件分支和状态机来处理这些不同的情况。

在STM32F407上运行的NES模拟器中，nes_mapper.c的作用是将游戏ROM的数据正确地映射到STM32的内存空间中，并模拟NES的硬件行为，使得游戏能够在STM32上运行。通过这种方式，nes_mapper.c使得模拟器能够支持各种不同的NES游戏，即使它们使用了不同的Mapper和内存布局