Kako radi Raspberry Pi Emulator Kit?
Raspberry Pi komplet emulatora transformira jedno-računalo u igraći sustav s više-konzola kombiniranjem specifičnih hardverskih komponenti sa softverom za emulaciju koji oponaša klasični hardver za igranje. Sustav radi kroz različite slojeve-fizički hardver pokreće operativni sustav Linux, koji ugošćuje softver za emulaciju koji prevodi stari kod igre u upute koje Pi može izvršiti.
Komplet obično uključuje samu Raspberry Pi ploču, microSD karticu s unaprijed-učitanim softverom za emulaciju kao što je RetroPie, napajanje, kontrolere i često kućište s komponentama za hlađenje. Kada uključite sustav, pokreće se EmulationStation, grafičko sučelje koje vam omogućuje pregledavanje i pokretanje igara pohranjenih kao ROM datoteke.
Tro{0}}slojna arhitektura
Razumijevanje načina rada ovih kompleta zahtijeva promatranje tri međusobno povezana sloja od kojih svaki obrađuje određene funkcije.
Sloj hardvera: temelj
Na dnu se nalazi fizička ploča Raspberry Pi-najčešće Pi 4 Model B ili noviji Pi 5. Pi 4 ima Broadcom BCM2711 četverojezgreni-ARM Cortex-A72 procesor koji radi na 1,8 GHz, uparen s 2 GB do 8 GB LPDDR4 RAM-a. Pi 5 podiže ulog s Cortex-A76 jezgrama na 2,4 GHz i poboljšanom grafičkom obradom.
Ovaj hardver je važan jer je emulacija računalno skupa. Pi treba simulirati potpuno različite procesorske arhitekture u stvarnom-vremenu. Super Nintendo je, na primjer, koristio 16-bitni procesor Ricoh 5A22 - Pi mora izračunati što bi taj čip učinio, a zatim prikazati rezultate kroz vlastiti grafički cjevovod.
VideoCore GPU upravlja renderiranjem grafike. Na Pi 4 radi na 500 MHz, dok novi VideoCore VII GPU Pi 5 doseže 800 MHz. Ovo ubrzanje GPU-a ključno je za glatko igranje. Bez njega, ARM CPU bi se mučio s održavanjem dosljedne brzine kadrova, posebno sa sustavima koji podržavaju 3D-kao što su Nintendo 64 ili PlayStation.
Pohrana dolazi putem microSD kartica, obično od 32 GB do 128 GB. ROM-ovi za igre (digitalne kopije podataka uložaka) žive ovdje uz operativni sustav. Brže kartice s oznakom UHS-I ili UHS-II poboljšavaju vrijeme učitavanja i smanjuju zastajkivanje tijekom igranja.
Softverski sloj: Emulacijski stog
Iznad hardvera pokreće se modificirana verzija Raspberry Pi OS-a (temeljenog na Debian Linuxu). Ovaj lagani operativni sustav pruža temelj za softver za emulaciju, dok minimizira potrošnju resursa.
Većina kompleta koristi RetroPie, softversku distribuciju koja uključuje sve što je potrebno za retro igranje. Sam RetroPie nije emulator-to je skup alata koji rade zajedno. U njegovoj srži nalazi se RetroArch, "frontend" koji pruža jedinstveno sučelje za više emulacijskih jezgri.
Ove jezgre su pravi emulatori. Svaka jezgra oponaša određeni sustav igranja. Na primjer, jezgra SNES9x emulira Super Nintendo hardver, dok PCSX ReARMed upravlja PlayStation igrama. RetroArch učitava odgovarajuću jezgru na temelju igre koju odaberete, zatim prosljeđuje ulaze kontrolera i upravlja audio/video izlazom.
Odnos između komponenti izgleda ovako: EmulationStation (izbornik koji vidite) → RetroArch (okvir za emulaciju) → Pojedinačne jezgre (emulatori-specifični za sustav) → Vaše igre (ROM datoteke).
Kada odaberete igru, EmulationStation govori RetroArchu koju jezgru treba učitati i koju ROM datoteku pokrenuti. RetroArch inicijalizira tu jezgru, učitava podatke igre i započinje proces emulacije. Vaši ulazi kontrolera se prevode kroz RetroArchov sustav unosa u format koji jezgra očekuje.
Sloj sučelja: učiniti ga upotrebljivim
EmulationStation pruža vizualni sustav izbornika. Skenira vaše ROM direktorije, prikazuje popise igara organizirane po konzoli i prikazuje okvire ili snimke zaslona (ako ste preuzeli metapodatke putem značajke struganja). Navigacija koristi gamepad ili tipkovnicu-nije potreban miš.
Konfiguracija se odvija putem ugniježđenih izbornika. Možete podesiti video postavke, preslikati kontrole po-sustavu ili po-igri, omogućiti varanje ili konfigurirati mrežne značajke. Sustav prečaca omogućuje vam pristup ovim opcijama tijekom-igre pritiskom na kombinaciju gumba, obično Odaberite+Start za otvaranje RetroArch izbornika.
Ovaj slojeviti dizajn znači da možete zamijeniti pojedinačne komponente bez ponovnog sastavljanja svega. Želite drugačiji SNES emulator? Instalirajte drugu jezgru. Želite li drugačije sučelje? Zamijenite EmulationStation uz zadržavanje RetroArcha. Trebate više snage? Nadogradite svoj Pi model i prenesite svoju microSD karticu.
Kako se emulacija zapravo događa
Kada pokrenete igru, nekoliko se procesa odvija u milisekundama. Jezgra emulatora učitava ROM datoteku u memoriju, analizira njenu strukturu kako bi razumjela kod igre i sredstva, a zatim počinje izvršavati upute.
Prijevod-u stvarnom vremenu ključni je izazov. CPU izvorne konzole govorio je drugačiji skup instrukcija od Pijevog ARM procesora. Emulator mora interpretirati svaku instrukciju iz izvornog hardvera, shvatiti što bi trebao učiniti, zatim izvršiti ekvivalentne operacije na Piju.
Ovo tumačenje stvara dodatne troškove. SNES instrukcija može zahtijevati 10 ili 20 ARM instrukcija za točnu simulaciju. Pomnožite to s milijunima instrukcija koje se obrađuju u sekundi tijekom igranja i vidjet ćete zašto emulacija zahtijeva značajnu procesorsku snagu.
Neke optimizacije pomažu. Dinamička rekompilacija (dynarec) prevodi blokove originalnog koda u ARM kod--u hodu, pohranjujući rezultate u predmemoriju za ponovnu upotrebu. Ovo je puno brže od tumačenja svake upute pojedinačno. Dobro-optimizirane jezgre poput PCSX ReARMed intenzivno koriste dynarec, zbog čega PlayStation emulacija radi glatko na Piju unatoč relativnoj složenosti te konzole.
Grafička emulacija slijedi paralelni put. Izvorne konzole imale su namjenske grafičke čipove s određenim mogućnostima-upravljanja spriteovima, pozadinskim slojevima, specijalnim efektima. Emulator ih mora ponovno kreirati u softveru, a zatim prikazati rezultate putem Pijevog GPU-a koristeći OpenGL ES. Ovdje GPU ubrzanje postaje kritično; samo softversko renderiranje ne može održati 60 FPS za zahtjevnije sustave.
Audio predstavlja slične izazove. Emulator simulira ponašanje zvučnog čipa, generirajući valne oblike koji odgovaraju izvornom hardverskom izlazu. Ovaj audio stream zatim prolazi kroz Pi audio podsustav, bilo da je to HDMI audio, priključak za slušalice ili Bluetooth do bežičnih zvučnika.
Granice izvedbe
Ne emuliraju svi sustavi jednako dobro. Pi 4 izvrsno rukuje 8-bitnim i 16-bitnim konzolama-NES, SNES, Genesis, Game Boy svi rade punom brzinom i precizno. Igre za PlayStation 1 uglavnom rade dobro, iako neki naslovi pokazuju usporavanje tijekom složenih scena.
Nintendo 64 emulacija pogađa zidove performansi. Arhitekturu tog sustava bilo je notorno teško točno oponašati čak i na moćnim računalima. Pi 4 može pokretati neke N64 igre na igranim brzinama sa smanjenim postavkama točnosti, ali zahtjevni naslovi poput Rogue Squadron ostaju isprekidani. Ovdje pomažu poboljšane specifikacije Pi 5, s izvješćima o boljoj kompatibilnosti s N64, iako još uvijek nije savršen.
Dreamcast emulacija obećava na Pi 5 koristeći Redream emulator. PlayStation 2, GameCube i Wii i dalje su uglavnom nedostupni-ovi sustavi su jednostavno presloženi za mogućnosti Pija. Njihova više-procesorska arhitektura i sofisticirana grafika zahtijevaju znatne konjske snage koje čak ni Pi 5 ne može pružiti dosljedno.
Prema testiranju koje je proveo Tom's Hardware, broj sličica u sekundi može osjetno pasti sa zahtjevnim PlayStation naslovima na Pi 4, s borbenim igrama koje pokazuju zastajkivanje tijekom pritiskanja gumba. Nedavna mjerila na Pi 4 pokazuju glatke performanse s pravilno optimiziranim naslovima, posebno za 2D i manje zahtjevne 3D igre.
Pi 5 donosi mjerljiva poboljšanja. Neovisno testiranje pokazuje da Pi 5 upravlja Game Boy Advance, N64, Dreamcast i PSP emulacijom s poboljšanom dosljednošću u usporedbi s ranijim modelima. Inženjerske optimizacije poput NUMA emulacije mogu poboljšati više-izvedbu više jezgri do 18% na Pi 5, iako takva podešavanja zahtijevaju izmjene jezgre izvan tipičnih korisničkih konfiguracija.
Sustav za prevođenje kontrolera
Podrška kontrolera zaslužuje posebnu pozornost jer je često pogrešno shvaćena. Kada prvi put pokrenete RetroPie, od vas se traži da konfigurirate kontroler pritiskom na svaki gumb-D-upute na pločici, gumbe na licu, gumbe na ramenu, start/odabir i gumb za "omogućavanje prečaca".
Ova početna konfiguracija preslikava vaš fizički kontroler u sustav izbornika EmulationStation i stvara osnovni profil za RetroArch. RetroArch zatim automatski generira konfiguracije kontrolera za svaku jezgru emulatora na temelju tog profila.
Ali ovdje postaje zanimljivo: različite konzole imale su različite rasporede tipki. SNES kontroler imao je četiri gumba na licu i dva gumba na ramenu. PlayStation kontroler dodao je još dva gumba na ramenu i analogne palice. Genesis kontroler je u početku imao samo tri tipke na prednjoj strani.
RetroArchov sloj apstrakcije kontrolera preslikava gumbe vašeg modernog kontrolera na ono što je izvorni sustav očekivao. Ako koristite PlayStation DualShock 4 sa 16 gumba za igranje NES igre koja je koristila samo 4 gumba, RetroArch jednostavno ignorira dodatne unose osim ako ih niste posebno mapirali na funkcije emulatora kao što su spremanje stanja ili brzo-premotavanje unaprijed.
Moguće je ponovno mapiranje po-igri. Ako se određeni naslov čini neugodnim sa zadanim mapiranjem, možete ući u izbornik RetroArch tijekom igranja i ponovno konfigurirati kontrole samo za tu igru. Promjene se automatski spremaju.
USB kontroleri rade plug{0}}and-play nakon početne konfiguracije. Bluetooth kontroleri zahtijevaju uparivanje putem RetroPie Bluetooth izbornika za postavljanje, koji prolazi kroz otkrivanje i povezivanje. Nakon uparivanja, Bluetooth kontroleri automatski se ponovno povezuju prilikom pokretanja.
Pohrana i upravljanje datotekama
Struktura microSD kartice je jednostavna, ali je važno razumjeti. /boot particija sadrži Linux kernel i konfiguracijske datoteke za pokretanje. Glavna particija sadrži operativni sustav, softver RetroPie i vaše ROM-ove.
ROM datoteke žive u /home/pi/RetroPie/roms/, s poddirektorijima za svaki sustav-nes/, snes/, psx/ itd. EmulationStation skenira te direktorije pri pokretanju i prikazuje sve što pronađe.
Ubacivanje ROM-ova na Pi događa se na nekoliko načina. USB metoda je najjednostavnija: stvorite mapu pod nazivom retropie na flash disku formatiranom u FAT32, uključite je u Pi, pričekajte minutu dok ne stvori strukturu mape, zatim je uklonite i kopirajte ROM-ove u odgovarajuće mape konzole na vašem računalu. Ponovno ga uključite u Pi, pričekajte prijenos i ponovno pokrenite.
Mrežni prijenos radi putem Sambe (dijeljenje datoteka u sustavu Windows). S drugog računala na vašoj mreži možete pristupiti \\\\retropie i izravno vidjeti ROM mape. Povucite i ispustite datoteke po potrebi, zatim ponovno pokrenite EmulationStation da osvježite popise igara.
Neki sustavi zahtijevaju BIOS datoteke-binarni kod originalnog hardvera koji je potreban za točnu emulaciju. PlayStation emulacija, na primjer, treba PS1 BIOS. Ove datoteke idu u /home/pi/RetroPie/BIOS/. Bez njih se mnoge igre neće učitati.
Stanja spremanja razlikuju se od-spremanja u igri. Spremanja u-igri rade točno onako kako su radila na originalnom hardveru, pohranjena unutar podataka o spremanju ROM-a. Spremi stanja su značajke emulatora koje u svakom trenutku snimaju cijelo stanje sustava. Možete ih spremiti i učitati odmah, čak i u igrama koje nikada nisu imale funkciju spremanja. RetroArch ih pohranjuje u /home/pi/RetroPie/retroarch/states/.
Upravljanje napajanjem i toplinom
Isporuka snage utječe na performanse više nego što mnogi shvaćaju. Pi 4 zahtijeva napajanje od 5 V/3 A (15 W); Pi 5 treba 5V/5A (25W) za stabilan rad, posebno sa zahtjevnom emulacijom. Nedostatak snage uzrokuje usporavanje-sustav automatski smanjuje brzinu sata kako bi spriječio nestabilnost, što rezultira usporavanjem tijekom igranja.
Pi nema gumb za uključivanje u tradicionalnom smislu. Uključivanje u struju uključuje ga. Pravilno gašenje zahtijeva korištenje izbornika EmulationStation za odabir "Shutdown System", koji izvodi čisto gašenje prije prekida napajanja. Jednostavno isključivanje Pia koji radi riskira oštećenje vaše microSD kartice.
Toplina postaje faktor tijekom produženih igranja. Pi 4 generira značajnu toplinu pod opterećenjem, a testiranje je pokazalo da do toplinskog prigušivanja može doći bez odgovarajućeg hlađenja. Kućišta s ugrađenim-ventilatorima ili hladnjacima to sprječavaju. Pi 5 se još više zagrijava zbog svoje povećane performanse, čineći aktivno hlađenje praktički obaveznim za dosljednu emulaciju.
Overclocking gura Pi iznad standardnih brzina za bolje performanse. To povećava i snagu i izlaz topline. Nedavne optimizacije vremena SDRAM-a na Pi 5 postigle su poboljšanja brzine od 10-20% na standardnim taktovima, uz pažljivo overklokiranje koje je dosegnulo do 32% povećanja na 3,2 GHz. Takve izmjene zahtijevaju odgovarajuće hlađenje i nose rizik od nestabilnosti.
Alternativne emulacijske platforme
Dok RetroPie dominira, postoje alternative s različitim filozofijama. Recalbox daje prednost jednostavnosti korištenja s više automatizacije, ali manje prilagodbe. Lakka nudi lagano iskustvo-poput konzole koristeći LibreELEC kao bazu. Batocera pruža opsežnu podršku za platformu i ugrađene-mogućnosti strujanja igara.
Nedavne usporedbe platformi na Pi 5 pokazuju da Batocera nudi solidnu podršku za više-konzola s konfiguracijom kontrolera za 8-igrača, dok se Lakka ističe jednostavnom emulacijom sa sučeljem inspiriranim PlayStationom. Svaka platforma čini različite kompromise između jednostavnosti i fleksibilnosti.
Temeljna arhitektura ostaje slična na svim platformama-Linux baza, okvir RetroArch, više jezgri emulatora. Razlike leže u dizajnu sučelja, uključenim značajkama i konfiguracijskim pristupima. Korisnici koji traže veću kontrolu skloni su RetroPieu, dok oni koji žele plug{3}}and-jednostavnost možda preferiraju Recalbox.
Kada stvari ne rade
Problemi s izvedbom obično proizlaze iz nekoliko uobičajenih izvora. Zalihe slabe snage uzrokuju slučajne padove ili usporavanje. Spore microSD kartice stvaraju zastajkivanje tijekom opterećenja razine. Pregrijavanje izaziva prigušivanje koje se očituje kao nagli pad okvira.
Ako se određena igra ne učitava, krivci su obično pogrešni formati ROM-a. Različite jezgre emulatora podržavaju različite formate datoteka. Igre za PlayStation mogu biti u formatima .bin/.cue, .chd ili .pbp-ne čitaju sve jezgre sve formate. Provjera dokumentacije jezgre otkriva koje formate očekuje.
Neke igre zahtijevaju posebne jezgre emulatora. Neo Geo igre trebaju i ROM igre i Neo Geo BIOS datoteku da bi funkcionirale. Arkadni ROM-ovi moraju odgovarati MAME verziji koju emulator očekuje-upotreba ROM skupa dizajniranog za MAME 0.78 s MAME 2003 Plus neće raditi.
Problemi s kontrolerom često potiču od konfiguracije prečaca. Ako se čini da gumbi ne reagiraju u igricama, to je često zato što se istodobno pritisne gumb za uključivanje prečaca, stavljajući RetroArch u način rada u kojem čeka naredbe emulatora umjesto da prenosi unose u igru.
Često postavljana pitanja
Mogu li koristiti bilo koji Raspberry Pi model za emulaciju?
Iako bilo koji Pi tehnički radi, Pi 4 s najmanje 2 GB RAM-a praktični je minimum za dobru izvedbu s većinom sustava. Raniji modeli muče se sa svime osim 8-bitnih konzola. Pi Zero je preslab za udobnu emulaciju sustava izvan NES/Game Boy ere.
Trebam li originalne patrone za igre da bih legalno koristio komplete emulatora?
Zakoni o autorskim pravima oko ROM-ova razlikuju se ovisno o nadležnosti. Najsigurniji pristup je korištenje samo igara čije fizičke kopije osobno posjedujete, iako se provedba i pravna jasnoća značajno razlikuju ovisno o regiji. RetroPie ne sadrži sadržaj zaštićen autorskim pravima-morate dati vlastite datoteke igre.
Mogu li dodati igre nakon početnog postavljanja?
Da, dodavanje ROM-ova je jednostavno korištenjem USB prijenosa ili mrežnog dijeljenja datoteka. Postavite ROM datoteke u odgovarajuću mapu konzole unutar /home/pi/RetroPie/roms/, zatim ponovno pokrenite EmulationStation da osvježite popis igara.
Koliko prostora za pohranu trebam?
MicroSD kartica od 32 GB drži stotine 8-bitnih i 16-bitnih igara. Igre za PlayStation i N64 zauzimaju više prostora - oko 500 MB po igri za PS1, 10-50 MB za N64 naslove. Kartica od 64 GB pruža udoban prostor za raznoliku biblioteku na više sustava.
Gledajući kompletan sustav
Elegancija kompleta Raspberry Pi emulatora leži u tome kako se relativno jednostavne komponente kombiniraju u sposobno retro rješenje za igranje. Pijev ARM procesor nije dizajniran za emulaciju, ali kroz pametan softverski inženjering i optimizaciju hardvera, ponovno stvara iskustva igranja iz sustava koji su koristili potpuno različite arhitekture.
Modularna priroda znači da se sustav postupno poboljšava. Bolje jezgre emulatora pojavljuju se redovito, dodajući točnost ili performanse. Ažuriranja firmvera poboljšavaju mogućnosti Pija. Možete nadograditi pojedinačne komponente-bržu microSD karticu, snažniji Pi model, različite kontrolere-bez počinjanja ispočetka.
Za nekoga tko želi razumjeti, a ne samo koristiti ove komplete, ključni uvid je da emulacija uključuje više slojeva apstrakcije, od kojih svaki prevodi između različitih prikaza iste stvari. Igra misli da radi na izvornom hardveru, ali zapravo radi na softveru koji simulira taj hardver, koji sam radi na potpuno drugačijem fizičkom hardveru. Dovoljna procesorska snaga Raspberry Pi-ja, u kombinaciji sa-softverom za emulaciju otvorenog koda koji je usavršavan desetljećima, čini ovaj prijevod dovoljno brzim za-igranje u stvarnom vremenu.
Ova kombinacija pristupačnog hardvera i zrelog softvera objašnjava zašto je "samo nabavite Pi" postao uobičajeni savjet za entuzijaste retro igara. Iako nije savršen-neki sustavi ostaju izvan svojih mogućnosti-Pi postiže izvanrednu ravnotežu između cijene, performansi i pristupačnosti za očuvanje klasičnih igara i uživanje u njima.