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一文带你领略:FPGA 如何重塑复古游戏?

2025-3-15 07:17| 发布者: admin| 查看: 99| 评论: 0
摘要: 复古游戏爱好者在过去几年里可谓大饱眼福。从 Retron 等厂商推出的克隆主机,到 Anbernic 等公司生产的可容纳数千款经典游戏的掌机,复古游戏的热度一如既往。我们还见证了独立开发者制作的复古风格新游戏的火爆,其 ...

复古游戏爱好者在过去几年里可谓大饱眼福。从 Retron 等厂商推出的克隆主机,到 Anbernic 等公司生产的可容纳数千款经典游戏的掌机,复古游戏的热度一如既往。我们还见证了独立开发者制作的复古风格新游戏的火爆,其中一些甚至登陆了世嘉 Genesis 或超级任天堂等经典主机。复古游戏社区蓬勃发展,伴随着新平台不断涌现,让你尽情畅玩最爱的经典游戏。

在复古游戏技术的前沿是现场可编程门阵列(FPGA),这是一种基于硬件的解决方案,旨在以现代 PC 或基于 Android 的模拟解决方案无法企及的准确性重现经典游戏硬件的体验。FPGA 的兴起不仅作为一种工具让玩家重温坐在显像管电视前的日子,还提供了保留开发者初衷体验的机会。

这听起来可能像是玩老式电子游戏的一种高雅方式,但它与其他艺术形式的保护项目并无二致。电子游戏的开发是基于对玩家体验方式的理解,而近年来,来自世界各地的志同道合者组成的共同群体,已将专注于保存这一愿景作为他们的使命。


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MiSTer FPGA Retro Gaming


FPGA在复古游戏中的优势

FPGA(现场可编程门阵列)之所以适合用于复古游戏仿真,主要得益于其硬件级仿真能力、低延迟特性以及并行处理优势,具体原因如下:

硬件级精准仿真

FPGA通过可编程逻辑块和互连电路,能够直接模拟复古游戏机的原始硬件电路行为,包括CPU、显卡、音频芯片等核心组件。这种仿真发生在硬件层面,而非软件模拟,因此能完美复刻原版硬件的操作时序和特性(如画面撕裂、特定故障效果等),提供与原始设备几乎一致的体验。

低延迟与高实时性

传统软件模拟器需通过CPU逐条执行指令,而FPGA通过并行处理架构直接实现硬件逻辑,避免了软件模拟的指令解析和上下文切换开销。例如,MiSTer FPGA项目通过FPGA的并行性,将游戏帧生成延迟压缩至微秒级,显著优于软件模拟器的毫秒级延迟。

兼容性与扩展性

FPGA支持通过更换配置文件(即“内核”)快速切换不同复古系统(如街机、任天堂、世嘉等),且能直接驱动原始硬件外设(如光枪、摇杆)。例如,Analogue Pocket手持设备通过FPGA仿真Game Boy系列,完美支持原装卡带和LCD背光效果。此外,开源社区持续优化内核,推动了对更多稀有硬件的支持。

长期保存与低成本复现

部分复古硬件因停产或老化难以获取,而FPGA可通过重新编程永久保存其逻辑功能。例如,MiSTer项目将数十种经典系统的仿真集成到单一开发板(如DE10-Nano),成本远低于单独购置原版硬件。尽管初期搭建需一定硬件投入,但长期维护成本更低。


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DE10-Nano

FPGA方案的局限性

FPGA方案存在硬件成本较高(如MiSTer全套设备可能超500美元)、配置复杂(需焊接、编程基础)等问题,更适合硬核复古玩家。不过随着MiSTer Multisystem 2等一体化设备的推出,未来使用门槛有望进一步降低。

推荐阅读: FPGA 初学者必读:你需要知道的关于 FPGA 的一切

FPGA 复古游戏机的主要玩家

MiSTer


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MiSTer 与 Analogue Pocket 和 NT Mini 的合影

最大的 FPGA 项目之一是 MiSTer,这是一个开源解决方案,允许开发社区创建和共享核心,以重现使用经典视频游戏机、计算机和街机的周期精确体验。

对于那些可能对涉足 FPGA 游戏感兴趣的人来说,MiSTer 项目起初可能显得有些令人生畏,因为它采用零散的方式来构建能够运行大多数 FPGA 核心的完整设备。接下来,你还得考虑如何获取这些核心以及游戏 ROM,即旧卡带或 CD 游戏的数字副本,以便游玩。

幸运的是,MiSTer 社区已经设计好了所有你需要的工具,让你能够轻松上手。专门销售 MiSTer 硬件的网站现在提供完整的套装,包括硬件外壳和其他一切开箱即用所需的配件。可能需要一些关于如何复制游戏 ROM 文件的基本知识,但这并不比使用如今随处可见的一体化安卓盒子更困难。


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来源:misteraddons.com

MiSTer 对于那些对复古游戏感兴趣的玩家来说会是更昂贵的选择,但它的回报将是更准确地还原你记忆中的游戏。对于大多数人来说,通过 RetroArch 在 Android 或 Raspberry Pi 系统上进行软件模拟可能已经足够,但如果你曾尝试过这些解决方案,发现它们并不能完全呈现你记忆中那些经典游戏的魅力,那么不妨考虑一下 MiSTer。

Analogue


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源:Analogue

MiSTer 并非唯一值得考虑的 FPGA 解决方案。如果你对更易上手的 FPGA 游戏方案感兴趣,不妨直接关注 Analogue。

Analogue 由 Christopher Taber 于 2011 年创立,最初作为一家克隆游戏机公司起步,其业务是重新利用原始硬件的组件,并将其重新包装成时尚的现代解决方案。最典型的例子是 Analogue CMVS,这是一款将街机 NEO-GEO 硬件封装在手工制作的实木外壳中的游戏机。这一独特设计无疑激发了游戏社区的好奇心,但直到售价 499 美元的 Nintendo Entertainment System 复刻版——Analogue NT 问世,才真正引起了广泛关注。

Analogue NT,仍然使用原始部件而非 FPGA,被封装在坚固的铝制外壳中,在克隆游戏机市场中脱颖而出。尽管价格不菲,评论家们对这款游戏机赞不绝口,它被认为是现代电视上玩老式 NES 卡带的最佳方式。

Analogue 对设计的关注让他们崭露头角,但可以说,直到他们采用 FPGA 技术,才真正取得了成功。


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Source: Analogue.co

从 Analogue NT Mini 开始,作为 NT 的较小后续产品,该公司开始在所有硬件中使用 FPGA。尽管 NT Mini 仍然提供优质铝制外壳,并以 499 美元的价格出售,Analogue 最终决定从 Super NT 开始提供更实惠的解决方案。

售价 189 美元的 Super NT 是一款基于 FPGA 的超级任天堂,对 Analogue 来说取得了巨大成功,使那些不愿为玩老游戏卡带支付高价的人们更容易接触到他们的产品。这种实惠的 FPGA 理念延续到了他们发布的 Mega SG,即一款 Genesis/Mega Drive FPGA 系统,并最终体现在他们最新产品——Analogue Pocket 上。

The Pocket 以其当前 219 美元的售价,已成为 Analogue 产品线中最难入手的产品之一。其开箱即玩 Game Boy、Game Boy Color 和 Game Boy Advance 游戏的能力,让人们对 Analogue 的最新设备趋之若鹜。2020 年 8 月的首批预购在几分钟内售罄,甚至连 Elijah Wood 等名人也为未能成功购买而遗憾。随着这款掌机近期发布,新一批预购开放,但一些潜在用户将等到 2023 年才能收到他们的订单。


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源:Analogue

虽然 MiSTer 在复古游戏硬件的模拟选择上可能更为丰富,但显然 Analogue 的 FPGA 产品赢得了更多的青睐。这在一定程度上归功于后者即插即用的便捷性,让玩家能够使用自己的游戏卡带。我说“在一定程度上”,是因为我认为部分成功也应归功于围绕 Analogue 产品线所营造的神秘感。他们对人体工程学与风格的专注,使其成为了复古游戏硬件领域的精品制造商,整个社区直到 Chris Taber 将其变为现实之前,都未曾意识到自己有多么渴望这样的产品。

如果说 MiSTer 是车库乐队中的草根力量,那么 Analogue 无疑是 FPGA 社区中的巡演巨星,伴随着昂贵舞台表演的所有华丽元素。这并非暗示 Analogue 缺乏实质内容,但 MiSTer 项目所体现的集体草根方式意味着在遇到问题时,能获得更多的社区支持和更频繁的更新。Analogue 确实会更新其硬件固件,但这些更新有时可能间隔较长且不那么频繁。

无论你决定坚持使用 PC 上的软件模拟解决方案,如 RetroArch,还是冒险尝试 FPGA,显然对复古游戏感兴趣的玩家有着丰富的选择。FPGA 复古游戏没有放缓的迹象。随着 MiSTer 社区比以往任何时候都更加繁荣,以及 Analogue 在 2022 年发布的他们下一代游戏机——Analogue Duo,一款 TurboGrafx 16/PC Engine FPGA 系统,未来看起来一片光明。

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