基于ARM Linux的Gameboy模擬器移植和優(yōu)化研究

引言

　　面向A R M微處理器構(gòu)架的嵌入式操作系統(tǒng)的使用量這些年持續(xù)增長(zhǎng),在各種嵌入式操作系統(tǒng)中, L inux是獲得支持最多的第三大力量。

　　目前,ARM L inux支持包括ARM610、A RM710、ARM720T cores、ARM920T cores、StrongARM 110、StrongARM1100、XScale等系列的ARM處理器。

　　Gameboy是目前比較流行的8位掌上游戲機(jī),通常被簡(jiǎn)稱(chēng)為GB,它的最終態(tài)Game Boy Color (GBC)是完全向后兼容的。Gnuboy是GB /GBC的軟件模擬器,是一種自由軟件,它是基于Qt系統(tǒng)的,能夠運(yùn)行幾乎所有的黑白和彩色的GB /GBC游戲ROM,但運(yùn)行復(fù)雜一些的游戲需要在速度上得到加強(qiáng),同時(shí)它的聲音還沒(méi)有得到測(cè)試。

　　Gnuboy已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了i386匯編代碼的一些優(yōu)化工作,能夠在奔騰機(jī)器上運(yùn)行良好,除此之外,到目前為止,它能夠運(yùn)行的平臺(tái)還很有限。隨著嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,PDA、Smartphone等嵌入式產(chǎn)品的功能不斷地得到擴(kuò)展,適應(yīng)用戶(hù)的需要, Gnuboy在嵌入式產(chǎn)品中的移植應(yīng)用非常具有前景。目前Gnuboy在ARM Linux下還沒(méi)有得到很好的應(yīng)用,本文就是在構(gòu)建的基于ARM920T Linux的嵌入式平臺(tái)上對(duì)gnuboy運(yùn)用進(jìn)行的嘗試性工作,同時(shí), Gnuboy作為一種虛擬機(jī)技術(shù),本文的工作對(duì)研究虛擬機(jī)技術(shù)在ARM L inux中的應(yīng)用也具有一定的價(jià)值。

　　硬件環(huán)境

　　本實(shí)驗(yàn)測(cè)試板采用Motorola公司的MX1 Lite,系統(tǒng)的主要模塊有處理器內(nèi)核模塊、用戶(hù)接口模塊、連接設(shè)備模塊等,如圖1所示,下面分別進(jìn)行介紹。

1)處理器內(nèi)核模塊采用v4T體系結(jié)構(gòu)的ARM920T 內(nèi)核擁有16K的指令緩存和16K的數(shù)據(jù)緩存; 外部接口模塊提供了最多6 個(gè)片選信號(hào)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備,其中連接的12Kx16bits的NOR Flash 經(jīng)過(guò)配置用于系統(tǒng)啟動(dòng); SDRAM 控制器提供了對(duì)使用32Mx32bits的SDRAM的訪(fǎng)問(wèn)控制。

　　2)用戶(hù)接口模塊由于MX1 L ite沒(méi)有模擬信號(hào)處理模塊,無(wú)法直接接收觸摸屏的輸入,所以本系統(tǒng)采用了TI的TSC2301芯片來(lái)支持觸摸屏的輸入功能,它與主芯片通過(guò)連續(xù)外設(shè)接口協(xié)議連接,它不僅可以接收觸摸屏的輸入,而且它還支持聲音數(shù)模轉(zhuǎn)換和輸入輸出等功能; LCD 控制器用于給外部液晶顯示屏提供顯示數(shù)據(jù),LCD采用了Sharp 的20x240 HR - TFT LCD,它支持觸摸屏輸入,分辨率為320x240。

　　3)連接設(shè)備模塊包含有多媒體卡/數(shù)字安全主機(jī)控制模塊、內(nèi)存棒控制器和智能卡接口,以此來(lái)連接用于外部存儲(chǔ)的多媒體卡。

　　Gnuboy軟件結(jié)構(gòu)和一些工具軟件

　　Gnuboy是基于Qt系統(tǒng)的,可從圖2中看出它和整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)系。本文構(gòu)建的基于ARM920T的嵌入式L inux平臺(tái)下采用的是嵌入式系統(tǒng)的QT 版本: QT/Embedded 和Qtop ia(QPE) ,這有助于模擬器的移植。

QT/Embedded和Qtopia

　　QT/Embedded和Qtopia是著名的QT庫(kù)開(kāi)發(fā)商TrollTech開(kāi)發(fā)的基于Framebuffer、面向嵌入式系統(tǒng)的QT版本。它的特點(diǎn)是界面美觀、色彩配比好,使用與QT/Windows和QT/X11 完全一致的AP I接口,許多基于QT的程序可以非常方便地移植到嵌入式系統(tǒng)。Qtopia 包括了全套的個(gè)人信息管理PIM,如地址本、日程安排、游戲、配置工具等。QT/Embedded實(shí)現(xiàn)了對(duì)下層輸入設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和底層圖形接口以及各基類(lèi)和AP I,它在編譯后生成函數(shù)庫(kù)被應(yīng)用程序調(diào)用。Qtopia也是以客戶(hù)/服務(wù)器的方式,通過(guò)消息機(jī)制來(lái)管理各種應(yīng)用程序。圖3描述了QT應(yīng)用程序的執(zhí)行方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其中X Server是核心。

一些工具軟件

　　移植前需要在宿主機(jī)上建立ARM 的交叉編譯環(huán)境,主要用到的開(kāi)發(fā)工具包括三個(gè)部分: binutils、gcc、glibc。

　　● Binutils ― 用于操作二進(jìn)制文件的實(shí)用程序集合,包括諸如匯編器as、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具( objdump、objcopy) 等這樣的實(shí)用程序;

　　● Gcc ― GNUC編譯器(C編譯器gcc和C + +編譯器g + + ) ;

　　● Glibc ―所有應(yīng)用程序?qū)㈡溄拥降腃庫(kù)。

　　可以直接從Internet上下載已經(jīng)編譯的二進(jìn)制文件安裝到PC機(jī)上,并相應(yīng)設(shè)置比如路徑等這樣一些比較簡(jiǎn)單的參數(shù)即可使用,但必須保證編譯時(shí)所用的函數(shù)庫(kù)版本與目標(biāo)板上運(yùn)行時(shí)所使用的函數(shù)庫(kù)版本的一致。ARM Developer Suite它是全套的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)軟件工具包,編譯器生成的代碼密度和執(zhí)行速度優(yōu)異,可快速低價(jià)地創(chuàng)建ARM結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

　　移植和優(yōu)化

　　Gnuboy是一種虛擬機(jī)機(jī)制,它對(duì)具體硬件的操作是通過(guò)操作系統(tǒng)(這里是L inux)來(lái)進(jìn)行的,圖4 為它對(duì)基于ARMlinux平臺(tái)硬件操作的抽象層次。

這個(gè)抽象層次也適用于在ARM Linux平臺(tái)下用C語(yǔ)言編寫(xiě)的一般虛擬技術(shù)應(yīng)用。越是頂層越是抽象,代碼可移植性就越好;越是底層,越是硬件相關(guān),代碼可移植性就越差,但代碼執(zhí)行速度越快。這也是一般虛擬機(jī)移植和優(yōu)化思想的體現(xiàn),提高移植性,多運(yùn)用抽象的接口,提高速度,多一些直接操作硬件的代碼。

　　移植

　　Gnuboy在此平臺(tái)上的正確運(yùn)行需要解決中斷、提供Framebuffer支持、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、字符串到64位整數(shù)轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。