Por que FPGAs são incríveis para emulação de jogos retrô

Usar FPGAs para replicar sistemas clássicos de videogame é uma prática que vem ganhando força há alguns anos, mas como esses projetos diferem da emulação de tool padrão? E o preço alto de entrada vale a pena para a maioria dos usuários?

O que significa FPGA?

FPGA significa field-programmable gate array, um tipo de circuito integrado que pode ser reconfigurado após a fabricação. Ao contrário de um chip de computador tradicional, os FPGAs usam blocos lógicos programáveis ​​e interconexões que podem ser reconfiguradas para atender a uma variedade de propósitos diferentes.

Em essência, um FPGA pode ser reprogramado para atuar como qualquer tipo de circuito virtual. Isso pode ser feito repetidamente simplesmente carregando uma nova configuração no RAM para emular um tipo diferente de chip. Enquanto os FPGAs mais antigos usavam diagramas de circuito, os novos usam programação baseada em texto para descrever o comportamento.

Esses chips têm uma ampla variedade de usos diferentes, principalmente na aceleração de IA e aprendizado de máquina. Microsoft fez parceria com a Intel para aprimorar a pesquisa do Bing usando a família de FPGAs Arria da Intel. Eles são usados ​​em sistemas de processamento de sinal e imagem e têm um papel único em ajudar os designers a provar conceitos nos estágios iniciais de desenvolvimento.

Como os FPGAs podem ser reprogramados para se comportar como diferentes tipos de circuitos repetidamente, eles também são perfeitos para emulação de {hardware} de videogame. Em vez de executar um emulador em tool, os FPGAs emulam efetivamente diferentes sistemas de videogame em nível de {hardware}.

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Como funciona a emulação do sistema FPGA?

FPGA emulação requer que alguém escreva um “núcleo” para o {hardware} que reproduza o comportamento do {hardware} authentic. Esse processo geralmente envolve {hardware} authentic de engenharia reversa e até mesmo “descapamento”, onde a tampa protetora em um dissipador de calor integrado é removida para revelar a matriz interna.

Isso permite a inspeção visible do circuito integrado para auxiliar na produção de um núcleo FPGA em funcionamento. Esse delicado processo envolve o uso de produtos químicos como ácido sulfúrico e acetona, calor, respiradores e muita paciência. Imagens de referência são então obtidas e os núcleos são escritos em uma linguagem de descrição de {hardware} (HDL) que pode ser interpretada por um FPGA.

O processo de aprendizado, engenharia reversa e escrita de um núcleo FPGA pode levar meses e muita dedicação. Impressionantemente, muitos desses núcleos são disponibilizados gratuitamente no interesse da preservação do {hardware}. Os núcleos geralmente são lançados em um estado beta para que possam ser aprimorados e o desenvolvimento possa durar anos.

Apesar de emular {hardware} authentic, a emulação FPGA ainda é propensa a erros, assim como a emulação de tool. Os núcleos são atualizados regularmente à medida que mais correções e alterações são implementadas na busca da emulação de {hardware} perfeita.

Quais são os benefícios do FPGA?

A emulação de {hardware} FPGA é a coisa mais próxima de jogar em um sistema authentic, por isso oferece uma experiência autêntica. Isso pode incluir peculiaridades que estavam presentes no {hardware} authentic, supondo que o núcleo esteja fornecendo uma réplica 1:1 do authentic. Problemas como latência que podem estar presentes com emuladores de tool são resolvidos, pois a emulação está ocorrendo em um nível muito mais baixo ({hardware}).

O {hardware} authentic pode não ser confiável, especialmente à medida que envelhece. Reproduzir a maneira como os circuitos originais se comportam com um FPGA é um meio de preservar o {hardware} authentic e pode ser implantado repetidamente. Quando esses projetos são feitos Código abertoqualquer um pode se beneficiar deles desde que possua o {hardware} FPGA pré-requisito.

Para a maioria das pessoas, é mais prático possuir uma única peça de {hardware} que pode ser reprogramada em pace actual. O {hardware} authentic pode ser caro, ocupa espaço e pode ser difícil de encontrar no caso de computadores raros e placas de arcade. Este {hardware} não está ficando mais novo e, como a produção cessou há muito pace, pode ser difícil reparar ou substituir.

Como o sistema está sendo emulado em um nível de {hardware}, os sistemas devem ser capazes de interagir com praticamente qualquer {hardware} projetado para essa plataforma. Isso inclui cartuchos, periféricos e acessórios originais que não foram necessariamente contabilizados quando o núcleo foi gravado.

Isso é diferente dos emuladores de tool que devem levar em consideração os diversos dispositivos que o operador deseja usar (como uma pistola leve, por exemplo).

MiSTer: Emulação de {hardware} FPGA para o lar

MiSTer FPGA é um projeto FPGA de código aberto dedicado à emulação e preservação de consoles, computadores domésticos e máquinas de fliperama. É o projeto de maior sucesso de seu tipo, com centenas de núcleos disponíveis e em desenvolvimento ativo.

O único componente “necessário” para rodar um MiSTer FPGA é o DE10-Nano, um pequeno Raspberry Pi-como dispositivo que abriga um Cyclone V sistema em chip. A placa pode ser expandida com RAM adicional, um hub USB e expansões de entrada/saída que adicionam funcionalidades como saída VGA, saída SCART ou saída JAMMA para gabinetes de arcade.

Para começar você vai precisar de um DE10-Nano, um caso, e algum resfriamento. Para emulação mais avançada, é necessária uma expansão de RAM. Você pode expandir sua configuração do MiSTer FPGA para se adequar ao propósito pretendido usando módulos complementares de revendedores como Complementos MiSTer ou Final MiSTer. Você precisará então configure seu cartão SD com a versão mais recente do MiSTer.

O processo é mais complicado do que usar emuladores “tradicionais”, mas ainda requer arquivos de dados e ROMs como um emulador de tool. Se você é um entusiasta que deseja uma experiência comparável ao {hardware} authentic, não há como vencer o MiSTer. Para outros, é muito caro realizar algo que pode ser feito gratuitamente by the use of emulação de tool.

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Bolso analógico: Emulação de {hardware} FPGA em movimento

O Bolso Analógico é um portátil multissistema que united states of america emulação FPGA para fazer interface com os cartuchos originais do Recreation Boy, Recreation Boy Colour e Recreation Boy Advance. Existem adaptadores de cartucho adicionais para sistemas Recreation Tools, Neo Geo Pocket, Atari Lynx e TurboGrafx-16 também.

O sistema suporta avanços modernos, como a capacidade de suspender o jogo dormindo no console. O Pocket possui uma bela tela que recria características como padrões de grade de pixels e efeitos de luz de fundo do LCD. Também pode ser conectado a um dock (vendido separadamente) para ser reproduzido em uma TV by the use of HDMI.

Por US $ 219,99, é um belo portátil que atrairá qualquer pessoa com uma coleção saudável de cartuchos originais. Não há capacidade de carregar ROMs de tool, mas o Analogue Pocket é compatível com qualquer flashcart que funcione com {hardware} authentic.

As desvantagens dos FPGAs para jogos retrô

A maior desvantagem de usar FPGAs para jogar jogos retrô é o preço. Os emuladores de tool modernos são executados em praticamente qualquer dispositivo, de computadores antigos a smartphones. A maioria é gratuita e muitos são projetos totalmente de código aberto. Alguns passaram por décadas de desenvolvimento e são altamente configuráveis.

O MiSTer FPGA e o Analogue Pocket são leisure pursuits caros para entrar. O projeto MiSTer, em specific, poderia facilmente custar mais de US$ 500 com complementos suficientes e, embora isso seja de grande valor comparado a uma única placa de arcade ou computador doméstico raro, é uma venda difícil para quem não está procurando por pixel- emulação perfeita.

A disponibilidade também é uma preocupação. No momento em que escrevo, em fevereiro de 2022, o DE-10 Nano está esgotado em todos os lugares e o Analogue tem uma lista de espera de um ano para o próximo lote de consoles Pocket. As coisas são agravadas pelo escassez international de semicondutores e cambistas que estão cobrando preços exorbitantes em websites de revenda.

A emulação de tool e o {hardware} moderno avançaram a um nível em que muitos jogadores casuais não notam a diferença entre um emulador de tool e o {hardware} authentic. Projetos de FPGA como o MiSTer e o Pocket são voltados diretamente para os entusiastas. O preço e a disponibilidade devem melhorar com o pace, então o futuro da emulação em nível de {hardware} FPGA é muito brilhante.

Outras maneiras de emular os clássicos

Existem maneiras mais baratas e fáceis de entrar na emulação agora. Há uma boa likelihood de que o dispositivo que você está usando para ler isso possa executar um emulador multi-sistema como RetroArch.

Uma das máquinas de emulador doméstico de melhor valor no momento é o Xbox Sequence S (ou Sequence X), que pode ser encontrado com relativa facilidade e usado para execute um grande número de núcleos RetroArch. Se você está procurando por algo portátil, confira o os mais recentes emuladores portáteis baseados em Linux e Android.