从零开始写NES模拟器
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之前寫(xiě)了如何寫(xiě)一個(gè)nes模擬器，感覺(jué)有些語(yǔ)焉不詳，現(xiàn)補(bǔ)充一個(gè)小白文章。
FC游戲模擬器是如何工作的
我們小時(shí)候很多人玩過(guò)任天堂的紅白機(jī)游戲。但是它是如何工作的，卻很少有人提及。
今天我們來(lái)討論任天堂的游戲機(jī)工作機(jī)制。首先我們看到的是游戲畫(huà)面，實(shí)際上老式的電視的分辨率是240*256的。
它是如何工作的呢？
FC游戲機(jī)中包含CPU，PPU，卡帶，內(nèi)存。當(dāng)我們開(kāi)機(jī)時(shí)，CPU加載卡帶的游戲程序到內(nèi)存中，將游戲中的畫(huà)面通過(guò)端口寫(xiě)入到PPU（圖片處理器）中。CPU只需要對(duì)PPU進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口操作，PPU就能將需要顯示的內(nèi)容顯示在屏幕上。
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PPU負(fù)責(zé)繪圖圖像，請(qǐng)注意PPU繪制了每一個(gè)點(diǎn)，即240*256=61440個(gè)點(diǎn)。并且繪制這么多點(diǎn)只需要20ms。在1秒的時(shí)間內(nèi)要繪制50幅這樣的圖像。我們的游戲才會(huì)如此的流暢。所以要做這個(gè)模擬器。我們需要在窗口中繪制連續(xù)的圖像。在Windows中我們需要尋找一個(gè)能快速繪制圖像的函數(shù)。它要在1秒鐘能繪制50幅連續(xù)的圖像。
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第一篇 CreateDIBSection函數(shù)的使用
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在想寫(xiě)模擬器之前，我們尋找這樣一個(gè)函數(shù)。我們把圖像的（顏色）RGB值寫(xiě)入到一個(gè)內(nèi)存中，然后把它畫(huà)到窗口中來(lái)。
它就是CreateDIBSection。其實(shí)有個(gè)知名度比較高的函數(shù)SetPixel(),但是它太慢了。SetPixel函數(shù)是把一個(gè)點(diǎn)直接畫(huà)到屏幕上來(lái)，6萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，太耗時(shí)了。而CreateDIBSection不一樣，它幫我們分配了一段內(nèi)存，我們把一屏幕的顏色值都拷貝進(jìn)去，一次輸出到屏幕，所以速度快。
當(dāng)然我們還可以用DirectX中的函數(shù)，速度更快，先不討論它。
函數(shù)的聲明如下：
HBITMAP CreateDIBSection(
HDC hdc, // handle to DC 指向DC的句柄，就是我們窗口的DC，
CONST BITMAPINFO *pbmi, // bitmap data 位圖信息
UINT iUsage, // data type indicator 數(shù)據(jù)類(lèi)型，我們需要的是RGB格式
VOID **ppvBits, // bit values 指向內(nèi)存地址的指針，注意這個(gè)函數(shù)給我們分配的一段內(nèi)存，我們只需要提供指針給它就好。
HANDLE hSection, // h 不管它
DWORD dwOffset // offset to bitmap bit values 不管它
);
下面我分別用SetPixel和CreateDIBSection函數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示點(diǎn)陣圖形A。
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繪制圖形的最基本的是繪制點(diǎn)，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一下。
/************************************************************************/
/* 注釋： 屏幕畫(huà)點(diǎn)函數(shù) - 繪制到內(nèi)存中
函數(shù)名： draw_window_point
參數(shù)： x,y 要畫(huà)點(diǎn)的坐標(biāo)，color 顏色值，video 對(duì)應(yīng)內(nèi)存緩沖地址
width 窗口的寬度 */
/************************************************************************/
void draw_window_point(int x,int y,UINT color,UINT * video,int width)
{
//點(diǎn)的偏移量
int p_offset = 0;
//坐標(biāo)的值超出了限制，就直接返回
if(y > NES_DISP_WIDTH -1 || x > NES_DISP_WIDTH -1)
return;
//計(jì)算點(diǎn)位置，
p_offset = y * width + x;
//畫(huà)點(diǎn)，把要繪制的顏色值放入到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存。
*(video + p_offset) = (UINT)color;
//返回1
return;
}
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由于所有的圖形我們都需要現(xiàn)繪制在內(nèi)存中，然后一次畫(huà)到屏幕上，這樣才能避免速度慢引起的閃爍。
這個(gè)函數(shù)就是把點(diǎn)繪制到指定的內(nèi)存中，x,y指明了繪制的坐標(biāo)，color是顏色值，video是繪制的起始地址，
width是繪制圖形的寬度。現(xiàn)在假如我們要把NES游戲的畫(huà)面從PPU中取出并繪制到內(nèi)存中，那么游戲畫(huà)面是
240高*256寬的。假設(shè)我們?nèi)〉?行，第2列的顏色值，放入到 video中，那么p_offset = 3 * 256 + 2。
如果你理解了這些，我們就可以繪制圖形了。在NES的基本塊是被稱(chēng)為T(mén)ile（磚塊），我們先繪制磚塊。
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第一步，繪制Tile磚塊
Tile在游戲中被定義為8X8像素的，
00010000 一個(gè)字節(jié)0x10
00101000 一個(gè)字節(jié)0x28
01000100 一個(gè)字節(jié)0x44
10000010 一個(gè)字節(jié)0x82
11111110 一個(gè)字節(jié)0xfe
10000010 一個(gè)字節(jié)0x82
10000010 一個(gè)字節(jié)0x82
10000010 一個(gè)字節(jié)0x82
例如上圖是以字母A的表示方法，用每一位表示一個(gè)點(diǎn)。因?yàn)槭?位只能表示0或1，上圖只能表示兩種顏色（例如黑和白）。00010000是二進(jìn)制，而后面的0x10是16進(jìn)制，二者等價(jià)。我們先來(lái)繪制它（一個(gè)“A”）。
1.使用SetPixel來(lái)繪制
首先定義一個(gè)數(shù)組，就是上面的內(nèi)容。
//字模數(shù)組
unsigned char buffer[]={0x10,0x28,0x44,0x82,0xfe,0x82,0x82,0x82};
然后寫(xiě)出繪制它的程序：
void Draw_Char88(HDC hdc,int x,int y,unsigned char * p)
{
int i,j;
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//繪制圖案
for (j =0;j < 8;j++)
{
for (i = 0;i < 8; i++)
{
//從數(shù)組中取出1位，如果為1，繪制紅色點(diǎn)。
if(1 == (p[j] >> (7 - i) & 1))
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SetPixel(hdc,x + i,y + j,RGB(255,0,0));
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}
}
}
如果沒(méi)有意外，你能在坐標(biāo)（100，100）處看到一個(gè)紅色的“A”。在這個(gè)函數(shù)中怎么從一個(gè)字節(jié)中取出1位是你需要思考一下的，剩下的都很簡(jiǎn)單。
2.使用CreateDIBSection
如你所見(jiàn)，使用 SetPixel是簡(jiǎn)單的，由于性能的考量，我們不得考慮更快的實(shí)現(xiàn)方式。
這比第一種要復(fù)雜的多，你要做好心理準(zhǔn)備。
Draw_Char88(hdc,100,100,(unsigned char*)buffer);
hmap = CreateScreen(hWnd);
LoadFrame(g_WorkFrame,hdc,g_pScreenMem,hmap);
這種方式，你需要把圖形寫(xiě)入到內(nèi)存中，然后復(fù)制到函數(shù)為你分配的位圖緩沖中，最后才能顯示到屏幕。我們繼續(xù)用上一個(gè)函數(shù)Draw_Char88，但是把SetPixel替換成了draw_window_point，因?yàn)槲覀儾恢苯虞敵龅狡聊?#xff0c;而是內(nèi)存。接下來(lái)我們使用 CreateScreen創(chuàng)建了一個(gè)位圖段，它為我們分配了一段顯示內(nèi)存，我們需要把寫(xiě)入內(nèi)存的數(shù)據(jù)拷貝過(guò)去。在 LoadFrame中執(zhí)行了拷貝過(guò)程（memcpy），并把圖形繪制到屏幕中。下圖是demo程序的顯示結(jié)果。
完成了這2個(gè)程序，你應(yīng)該已經(jīng)了解點(diǎn)陣圖形的顯示。當(dāng)然，上面用1位表示顏色，只能有2種顏色肯定是不夠的。如果要表示多種顏色，我們當(dāng)然期望每個(gè)點(diǎn)都能直接用顏色值表示（假如是32位，32*8=256字節(jié)，一個(gè)Tile圖塊需要256字節(jié)表示，顯然占有內(nèi)存太大了）。但NES內(nèi)存過(guò)小，不可能采用直接顏色值的方式。什么樣的方式能減小使用內(nèi)存呢？
1、使用多級(jí)索引，NES的Tile中的值不是顏色值，而是索引到色盤(pán)中；
2，減少顏色數(shù)，NES在一共只定義了64種顏色。
NES中使用了4位的顏色索引，在屬性表中存儲(chǔ)了高2位；在圖案表中存儲(chǔ)了低2位，其中前一個(gè)圖形塊(8字節(jié))表示顏色的bit0位，后一個(gè)圖形塊(8字節(jié))表示顏色的bit1位。
下圖顯示了低2位是如何表示的，注意圈中的數(shù)字，Address中-$000E 的最高為1，$0006中最高位是1，那么圖形的第7行第1個(gè)顏色的索引就是3（Result中圈中數(shù)字）.
我們就來(lái)利用低2位繪制圖案表。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的从零开始写NES模拟器的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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