Kako deluje Raspberry Pi Emulator Kit?
Emulatorski komplet Raspberry Pi pretvori računalnik z eno-ploščo v igralni sistem z več-konzolami, tako da združi posebne strojne komponente s programsko opremo za posnemanje, ki posnema klasično igralno strojno opremo. Sistem deluje prek različnih plasti-fizična strojna oprema poganja operacijski sistem Linux, ki gosti emulacijsko programsko opremo, ki prevede kodo stare igre v navodila, ki jih Pi lahko izvede.
Komplet običajno vključuje samo ploščo Raspberry Pi, kartico microSD-z vnaprej naloženo programsko opremo za emulacijo, kot je RetroPie, napajalnik, krmilnike in pogosto ohišje s hladilnimi komponentami. Ko vklopite sistem, se zažene v EmulationStation, grafični vmesnik, ki vam omogoča brskanje in zagon iger, shranjenih kot datoteke ROM.
Tri{0}}slojna arhitektura
Za razumevanje delovanja teh kompletov je treba pogledati tri medsebojno povezane plasti, od katerih vsaka opravlja posebne funkcije.
Sloj strojne opreme: temelj
Na dnu je fizična plošča Raspberry Pi-najpogosteje Pi 4 Model B ali novejši Pi 5. Pi 4 ima Broadcom BCM2711 štirijedrni-procesor ARM Cortex-A72, ki deluje pri 1,8 GHz, skupaj z 2 GB do 8 GB RAM-a LPDDR4. Pi 5 z jedri Cortex-A76 pri 2,4 GHz in izboljšano grafično obdelavo dviguje prednost.
Ta strojna oprema je pomembna, ker je emulacija računsko draga. Pi mora v realnem-času simulirati popolnoma drugačne procesorske arhitekture. Super Nintendo je na primer uporabil 16-bitni procesor Ricoh 5A22 - Pi mora izračunati, kaj bi naredil ta čip, nato pa rezultate upodobiti prek lastnega grafičnega cevovoda.
Grafični procesor VideoCore skrbi za upodabljanje grafike. Na Pi 4 deluje pri 500 MHz, medtem ko novi grafični procesor VideoCore VII Pi 5 doseže 800 MHz. Ta pospešek GPU je ključnega pomena za gladko igranje. Brez tega bi CPE ARM težko vzdrževal dosledno hitrost sličic, zlasti s sistemi, ki podpirajo 3D-, kot sta Nintendo 64 ali PlayStation.
Shramba je na voljo prek kartic microSD, običajno od 32 do 128 GB. Igralni ROM-i (digitalne kopije podatkov o kartušah) živijo tukaj poleg operacijskega sistema. Hitrejše kartice z oceno UHS-I ali UHS-II izboljšajo čas nalaganja in zmanjšajo zatikanje med igranjem.
Plast programske opreme: emulacijski sklad
Nad strojno opremo teče spremenjena različica OS Raspberry Pi (temelji na Debian Linux). Ta lahek operacijski sistem zagotavlja osnovo za emulacijsko programsko opremo, hkrati pa zmanjša stroške virov.
Večina kompletov uporablja RetroPie, distribucijo programske opreme, ki združuje vse, kar je potrebno za retro igranje. RetroPie sam po sebi ni emulator-je zbirka orodij, ki delujejo skupaj. Njegovo jedro je RetroArch, "frontend", ki zagotavlja enoten vmesnik za več emulacijskih jeder.
Ta jedra so dejanski emulatorji. Vsako jedro posnema določen igralni sistem. Na primer, jedro SNES9x posnema strojno opremo Super Nintendo, medtem ko PCSX ReARMed obravnava igre PlayStation. RetroArch naloži ustrezno jedro glede na igro, ki jo izberete, nato posreduje vhode krmilnika in upravlja avdio/video izhod.
Razmerje med komponentami je videti takole: EmulationStation (meni, ki ga vidite) → RetroArch (ogrodje za emulacijo) → Posamezna jedra (-specifični emulatorji sistema) → Vaše igre (datoteke ROM).
Ko izberete igro, EmulationStation pove RetroArchu, katero jedro naj naloži in katero datoteko ROM naj zažene. RetroArch inicializira to jedro, naloži podatke igre in začne postopek emulacije. Vaši vnosi krmilnika se prek vnosnega sistema RetroArch prevedejo v obliko, ki jo jedro pričakuje.
Vmesniški sloj: narediti ga uporabnega
EmulationStation ponuja sistem vizualnih menijev. Pregleduje vaše imenike ROM-a, prikazuje sezname iger, organizirane po konzoli, in prikazuje slike škatel ali posnetke zaslona (če ste prenesli metapodatke prek njegove funkcije strganja). Navigacija uporablja igralno ploščico ali tipkovnico-miška ni potrebna.
Konfiguracija poteka prek ugnezdenih menijev. Prilagodite lahko video nastavitve, preslikate kontrolnike na-sistem ali na-igro, omogočite goljufije ali konfigurirate omrežne funkcije. Sistem bližnjičnih tipk vam omogoča dostop do teh možnosti sredi-igre s pritiskom na kombinacijo gumbov, običajno Izberi+Začni, da odpreš meni RetroArch.
Ta večplastna zasnova pomeni, da lahko zamenjate posamezne komponente, ne da bi morali znova zgraditi vse. Želite drugačen emulator SNES? Namestite drugo jedro. Ali imate raje drugačen vmesnik? Zamenjajte EmulationStation in obdržite RetroArch. Potrebujete več moči? Nadgradite svoj model Pi in prenesite kartico microSD.
Kako emulacija dejansko poteka
Ko zaženete igro, se v milisekundah izvede več procesov. Jedro emulatorja naloži datoteko ROM v pomnilnik, razčleni njeno strukturo, da razume kodo in sredstva igre, nato pa začne izvajati navodila.
Prevajanje-v realnem času je ključni izziv. CPE prvotne konzole je govoril drugačen nabor navodil kot Pijev procesor ARM. Emulator mora interpretirati vsako navodilo iz izvirne strojne opreme, ugotoviti, kaj naj bi naredil, nato pa izvesti enakovredne operacije na Pi.
Ta razlaga ustvarja dodatne stroške. Navodilo SNES lahko zahteva 10 ali 20 navodil ARM za natančno simulacijo. Pomnožite to z milijoni ukazov, obdelanih na sekundo med igranjem, in videli boste, zakaj emulacija zahteva precejšnjo procesorsko moč.
Nekatere optimizacije pomagajo. Dinamično ponovno prevajanje (dynarec) sproti prevaja bloke izvirne kode v kodo ARM--in predpomni rezultate za ponovno uporabo. To je veliko hitreje kot interpretacija vsakega navodila posebej. Dobro-optimizirana jedra, kot je PCSX ReARMed, obširno uporabljajo dynarec, zato emulacija PlayStationa na Pi teče gladko kljub relativni kompleksnosti te konzole.
Grafična emulacija sledi vzporedni poti. Prvotne konzole so imele namenske grafične čipe s posebnimi zmožnostmi-upravljanje sprite, plasti ozadja, posebne učinke. Emulator jih mora znova ustvariti v programski opremi, nato pa rezultate upodobiti prek Pijevega GPE z uporabo OpenGL ES. Tu postane pospešek GPU kritičen; samo programsko upodabljanje ne more vzdrževati 60 FPS za zahtevnejše sisteme.
Zvok predstavlja podobne izzive. Emulator simulira obnašanje zvočnega čipa in ustvarja valovne oblike, ki se ujemajo z izvirnim izhodom strojne opreme. Ta zvočni tok se nato napaja skozi zvočni podsistem Pi-ja, ne glede na to, ali gre za zvok HDMI, priključek za slušalke ali Bluetooth do brezžičnih zvočnikov.
Meje uspešnosti
Vsi sistemi ne posnemajo enako dobro. Pi 4 odlično obvlada 8-bitne in 16-bitne konzole – NES, SNES, Genesis, Game Boy vse delujejo pri polni hitrosti in natančno. Igre za PlayStation 1 večinoma delujejo dobro, čeprav nekateri naslovi kažejo upočasnitev med zapletenimi prizori.
Emulacija Nintendo 64 doseže zmogljivost. Znano je, da je bilo arhitekturo tega sistema težko natančno posnemati celo na zmogljivih osebnih računalnikih. Pi 4 lahko poganja nekatere igre N64 pri igralnih hitrostih z zmanjšanimi nastavitvami natančnosti, vendar zahtevni naslovi, kot je Rogue Squadron, ostajajo nemirni. Tu so v pomoč izboljšane specifikacije Pi 5 s poročili o boljši združljivosti z N64, čeprav še vedno ni popoln.
Emulacija Dreamcast obeta na Pi 5 z uporabo emulatorja Redream. PlayStation 2, GameCube in Wii ostajajo večinoma nedosegljivi-ti sistemi so preprosto preveč zapleteni za zmogljivosti Pi. Njihove več-procesorske arhitekture in sofisticirana grafika zahtevajo veliko konjskih moči, ki je niti Pi 5 ne more dosledno zagotavljati.
Glede na testiranje, ki ga je opravil Tom's Hardware, lahko hitrost sličic opazno pade pri zahtevnih naslovih PlayStation na Pi 4, pri borilnih igrah pa jecljanje med pritiski gumbov. Nedavna merila uspešnosti na Pi 4 kažejo gladko delovanje s pravilno optimiziranimi naslovi, zlasti za 2D in manj zahtevne 3D igre.
Pi 5 prinaša merljive izboljšave. Neodvisno testiranje kaže, da Pi 5 upravlja emulacijo Game Boy Advance, N64, Dreamcast in PSP z izboljšano doslednostjo v primerjavi s prejšnjimi modeli. Inženirske optimizacije, kot je emulacija NUMA, lahko povečajo večjedrno zmogljivost do 18 % na Pi 5, čeprav takšne prilagoditve zahtevajo spremembe jedra, ki presegajo običajne uporabniške konfiguracije.
Prevajalski sistem krmilnika
Podpora za krmilnike si zasluži posebno pozornost, ker je pogosto napačno razumljena. Ko prvič zaženete RetroPie, vas prosi, da konfigurirate krmilnik tako, da pritisnete vsak gumb-D-navodila za ploščico, obrazne gumbe, ramenske gumbe, zagon/izbiro in gumb za »omogočanje bližnjične tipke«.
Ta začetna konfiguracija preslika vaš fizični krmilnik v sistem menijev EmulationStation in ustvari osnovni profil za RetroArch. RetroArch nato samodejno ustvari konfiguracije krmilnika za vsako jedro emulatorja na podlagi tega profila.
Tukaj pa postane zanimivo: različne konzole so imele različne postavitve gumbov. Krmilnik SNES je imel štiri obrazne gumbe in dva ramenska gumba. Krmilnik PlayStation je dodal še dva ramenska gumba in analogne palice. Krmilnik Genesis je imel na začetku samo tri obrazne gumbe.
RetroArchova plast abstrakcije krmilnika preslika gumbe vašega sodobnega krmilnika na tisto, kar je prvotni sistem pričakoval. Če uporabljate PlayStation DualShock 4 s 16 gumbi za igranje igre NES, ki uporablja samo 4 gumbe, RetroArch preprosto ignorira dodatne vnose, razen če ste jih posebej preslikali v funkcije emulatorja, kot sta stanje shranjevanja ali hitro-previjanje naprej.
Možna je preslikava-na igro. Če se določen naslov zdi neroden s privzeto preslikavo, lahko med igranjem vstopite v meni RetroArch in znova konfigurirate kontrole samo za to igro. Spremembe se samodejno shranijo.
Krmilniki USB po začetni konfiguraciji delujejo tako, da priključi-in- igrajo. Krmilniki Bluetooth zahtevajo seznanjanje prek nastavitvenega menija Bluetooth RetroPie, ki vodi skozi odkrivanje in povezavo. Ko so krmilniki Bluetooth seznanjeni, se samodejno znova povežejo ob zagonu.
Shramba in upravljanje datotek
Struktura kartice microSD je enostavna, vendar jo je pomembno razumeti. Particija /boot vsebuje jedro Linuxa in konfiguracijske datoteke za zagon. Glavna particija vsebuje operacijski sistem, programsko opremo RetroPie in vaše ROM-e.
Datoteke ROM so v /home/pi/RetroPie/roms/ s podimeniki za vsak sistem-nes/, snes/, psx/ itd. EmulationStation pregleda te imenike ob zagonu in prikaže vse, kar najde.
Prenos ROM-ov na Pi poteka na več načinov. Metoda USB je najenostavnejša: ustvarite mapo z imenom retropie na bliskovnem pogonu, formatiranem v FAT32, jo priključite na Pi, počakajte minuto, da ustvari strukturo map, nato jo odstranite in kopirajte ROM-e v ustrezne mape konzole v vašem računalniku. Ponovno ga priključite na Pi, počakajte na prenos in znova zaženite.
Omrežni prenos deluje prek Sambe (skupna raba datotek Windows). Iz drugega računalnika v vašem omrežju lahko dostopate do \\\\retropie in neposredno vidite mape ROM. Po potrebi povlecite in spustite datoteke, nato znova zaženite EmulationStation, da osvežite sezname iger.
Nekateri sistemi zahtevajo datoteke BIOS-a-binarno kodo iz izvirne strojne opreme, potrebne za natančno emulacijo. PlayStation emulacija, na primer, potrebuje PS1 BIOS. Te datoteke gredo v /home/pi/RetroPie/BIOS/. Brez njih se veliko iger ne bo naložilo.
Stanja shranjevanja se razlikujejo od shranjenih-iger. Shranjevanje v-igri deluje natanko tako kot na izvirni strojni opremi, shranjeni v shranjenih podatkih ROM-a. Shranjevanje stanja so funkcije emulatorja, ki kadar koli posnamejo celotno stanje sistema. Te lahko takoj shranite in naložite, tudi v igrah, ki nikoli niso imele funkcije shranjevanja. RetroArch jih shrani v /home/pi/RetroPie/retroarch/states/.
Upravljanje napajanja in toplote
Dostava moči vpliva na zmogljivost bolj, kot se mnogi zavedajo. Pi 4 potrebuje napajalnik 5 V/3 A (15 W); Pi 5 potrebuje 5 V/5 A (25 W) za stabilno delovanje, zlasti pri zahtevni emulaciji. Premajhna moč povzroči dušenje-sistem samodejno zmanjša takt, da prepreči nestabilnost, ki povzroči upočasnitev med igranjem.
Pi nima gumba za vklop v tradicionalnem smislu. Priklop na napajanje ga vklopi. Za pravilno zaustavitev je treba v meniju EmulationStation izbrati "Shutdown System", ki izvede čisto zaustavitev pred prekinitvijo napajanja. Če preprosto odklopite delujoč Pi, lahko poškodujete kartico microSD.
Vročina postane dejavnik med dolgotrajnimi igrami. Pi 4 ustvarja znatno toploto pod obremenitvijo, pri čemer so testiranja pokazala, da lahko pride do toplotnega dušenja brez ustreznega hlajenja. Ohišja z vgrajenimi-ventilatorji ali hladilniki to preprečujejo. Pi 5 deluje še bolj segreto zaradi povečane zmogljivosti, zaradi česar je aktivno hlajenje praktično obvezno za dosledno emulacijo.
Overclocking potisne Pi preko standardnih hitrosti za boljšo zmogljivost. To poveča tako porabo energije kot toploto. Nedavne optimizacije časov SDRAM-a na Pi 5 so dosegle 10–20-odstotno izboljšanje hitrosti pri standardnih taktih, s previdnim overclockingom, ki je doseglo do 32-odstotno povečanje pri 3,2 GHz. Takšne spremembe zahtevajo ustrezno hlajenje in predstavljajo tveganje nestabilnosti.
Alternativne emulacijske platforme
Medtem ko RetroPie prevladuje, obstajajo alternative z različnimi filozofijami. Recalbox daje prednost enostavni uporabi z več avtomatizacije, a manj prilagajanja. Lakka ponuja lahko izkušnjo,-podobno konzoli, ki uporablja LibreELEC kot osnovo. Batocera zagotavlja obsežno podporo platforme in vgrajene-zmožnosti pretakanja iger.
Nedavne primerjave platform na Pi 5 kažejo, da Batocera ponuja solidno podporo za več-konzole s konfiguracijo krmilnika za 8-igralcev, medtem ko se Lakka odlikuje z enostavno emulacijo z vmesnikom, ki ga je navdihnila PlayStation. Vsaka platforma ima različne kompromise med preprostostjo in prilagodljivostjo.
Osnovna arhitektura ostaja podobna na vseh platformah-osnova Linux, ogrodje RetroArch, več jeder emulatorja. Razlike so v zasnovi vmesnika, vključenih funkcijah in konfiguracijskih pristopih. Uporabniki, ki iščejo več nadzora, se nagibajo k RetroPie, medtem ko tisti, ki želijo preprostost plug-and-play, morda raje uporabljajo Recalbox.
Ko stvari ne delujejo
Težave z zmogljivostjo običajno izvirajo iz nekaj običajnih virov. Napajalniki s premalo močjo povzročajo naključne zrušitve ali upočasnitev. Počasne kartice microSD povzročajo zatikanje med ravnimi obremenitvami. Pregrevanje sproži dušenje, ki se kaže kot nenadni padec okvirja.
Če se določena igra ne naloži, so običajno krivi napačni formati ROM-a. Različna jedra emulatorja podpirajo različne formate datotek. Igre PlayStation so lahko v formatih .bin/.cue, .chd ali .pbp-vsa jedra ne berejo vseh formatov. Preverjanje dokumentacije jedra razkrije, katere formate pričakuje.
Nekatere igre zahtevajo posebna jedra emulatorja. Igre Neo Geo za delovanje potrebujejo ROM igre in datoteko BIOS Neo Geo. Arkadni ROM-ji se morajo ujemati z različico MAME, ki jo pričakuje emulator-uporaba nabora ROM, zasnovanega za MAME 0.78, z MAME 2003 Plus ne bo delovala.
Težave s krmilnikom pogosto izhajajo iz konfiguracije bližnjičnih tipk. Če se zdi, da se gumbi v igrah ne odzivajo, je to pogosto zato, ker je hkrati pritisnjen gumb za omogočanje bližnjičnih tipk, s čimer se RetroArch preklopi v način, v katerem čaka na ukaze emulatorja, namesto da posreduje vnose v igro.
Pogosto zastavljena vprašanja
Ali lahko za emulacijo uporabim kateri koli model Raspberry Pi?
Čeprav kateri koli Pi tehnično deluje, je Pi 4 z vsaj 2 GB RAM-a praktični minimum za dobro delovanje z večino sistemov. Prejšnji modeli imajo težave z vsem, kar presega 8-bitne konzole. Pi Zero je premalo zmogljiv za udobno posnemanje sistemov izven obdobja NES/Game Boy.
Ali potrebujem originalne igralne kartuše za zakonito uporabo kompletov emulatorjev?
Zakoni o avtorskih pravicah v zvezi z ROM-i se razlikujejo glede na jurisdikcijo. Najvarnejši pristop je samo uporaba iger, katerih fizične kopije imate v lasti, čeprav se uveljavljanje in pravna jasnost močno razlikujeta glede na regijo. RetroPie ne vključuje avtorsko zaščitene vsebine-zagotoviti morate lastne datoteke igre.
Ali lahko dodam igre po začetni nastavitvi?
Da, dodajanje ROM-ov je preprosto s prenosom USB ali omrežno skupno rabo datotek. Datoteke ROM postavite v ustrezno mapo konzole znotraj /home/pi/RetroPie/roms/, nato znova zaženite EmulationStation, da osvežite seznam iger.
Koliko prostora za shranjevanje potrebujem?
Kartica microSD s kapaciteto 32 GB hrani na stotine 8-bitnih in 16-bitnih iger. Igre za PlayStation in N64 zavzamejo več prostora - približno 500 MB na igro PS1, 10-50 MB za naslove N64. Kartica s 64 GB zagotavlja udoben prostor za raznoliko knjižnico v več sistemih.
Pogled na celoten sistem
Eleganca kompletov emulatorjev Raspberry Pi je v tem, kako se relativno preproste komponente združijo v zmogljivo retro igralno rešitev. Pijev procesor ARM ni bil zasnovan za posnemanje, vendar s pametnim programskim inženiringom in optimizacijo strojne opreme poustvari igralne izkušnje iz sistemov, ki so uporabljali popolnoma drugačne arhitekture.
Modularna narava pomeni, da se sistem postopoma izboljšuje. Redno se pojavljajo boljša jedra emulatorja, ki povečujejo natančnost ali zmogljivost. Posodobitve vdelane programske opreme izboljšajo zmogljivosti Pi. Posamezne komponente lahko nadgradite-hitrejšo kartico microSD, zmogljivejši model Pi, različne krmilnike-ne da bi začeli znova.
Za nekoga, ki želi razumeti in ne samo uporabljati te komplete, je ključni vpogled v to, da emulacija vključuje več plasti abstrakcije, od katerih vsaka prevaja med različnimi predstavitvami iste stvari. Igra misli, da teče na originalni strojni opremi, vendar dejansko deluje na programski opremi, ki simulira to strojno opremo, ki sama teče na popolnoma drugačni fizični strojni opremi. Zadostna procesorska moč Raspberry Pi v kombinaciji z odprtokodno-programsko opremo za emulacijo, ki so jo izpopolnjevali desetletja, naredi ta prevod dovolj hiter za-igranje v realnem času.
Ta kombinacija cenovno dostopne strojne opreme in zrele programske opreme pojasnjuje, zakaj je "samo nabavite Pi" postal običajen nasvet za navdušence nad retro igricami. Čeprav ni popoln-nekateri sistemi še vedno presegajo svoje zmogljivosti-Pi dosega izjemno ravnovesje med ceno, zmogljivostjo in dostopnostjo za ohranjanje in uživanje v klasičnih igrah.