يعد استخدام FPGAs لتكرار أنظمة ألعاب الفيديو الكلاسيكية ممارسة تكتسب زخمًا منذ بضع سنوات حتى الآن، ولكن كيف تختلف هذه المشاريع عن محاكاة البرامج القياسية؟ وهل سعر الدخول الباهظ يستحق العناء بالنسبة لمعظم المستخدمين؟
ماذا يعني FPGA؟
يرمز FPGA إلى مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة ميدانيًا، وهو نوع من الدوائر المتكاملة التي يمكن إعادة تشكيلها بعد التصنيع. على عكس شريحة الكمبيوتر التقليدية، تستخدم FPGAs كتلًا منطقية قابلة للبرمجة وروابط يمكن إعادة تشكيلها لتناسب مجموعة متنوعة من الأغراض المختلفة.
في الأساس، يمكن إعادة برمجة FPGA لتعمل كأي نوع من الدوائر الرقمية. يمكن القيام بذلك مرارًا وتكرارًا ببساطة عن طريق تحميل تكوين جديد في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لمحاكاة نوع مختلف من الشرائح. في حين أن FPGAs القديمة تستخدم مخططات الدوائر، تستخدم الجديدة البرمجة المستندة إلى النص لوصف السلوك بدلاً من ذلك.
تتمتع هذه الرقائق بمجموعة واسعة من الاستخدامات المختلفة، خاصة في تسريع الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. لقد أبرمت Microsoft شراكة مع Intel لتحسين بحث Bing باستخدام عائلة Arria من Intel من FPGAs. يتم استخدامها في أنظمة معالجة الإشارات والصور ولها دور فريد في مساعدة المصممين على إثبات المفاهيم في المراحل الأولى من التطوير.
نظرًا لأنه يمكن إعادة برمجة FPGAs لتتصرف كأنواع مختلفة من الدوائر مرارًا وتكرارًا، فهي أيضًا مثالية لمحاكاة أجهزة ألعاب الفيديو. بدلاً من تشغيل محاكي في البرامج، تحاكي FPGAs بشكل فعال أنظمة ألعاب الفيديو المختلفة على مستوى الأجهزة.
كيف تعمل محاكاة نظام FPGA؟
تتطلب محاكاة FPGA أن يقوم شخص ما بكتابة “مركز” للجهاز الذي يعيد إنتاج سلوك الجهاز الأصلي. غالبًا ما تتضمن هذه العملية إجراء هندسة عكسية للأجهزة الأصلية وحتى “القطع” حيث تتم إزالة الغطاء الواقي الموجود على موزع الحرارة المدمج للكشف عن القالب بالداخل.
وهذا يسمح بالفحص البصري للدائرة المتكاملة للمساعدة في إنتاج نواة FPGA العاملة. تتضمن هذه العملية الدقيقة استخدام مواد كيميائية مثل حمض الكبريتيك والأسيتون والحرارة وأجهزة التنفس والكثير من الصبر. يتم بعد ذلك التقاط الصور المرجعية، وتتم كتابة النوى بلغة وصف الأجهزة (HDL) التي يمكن تفسيرها بواسطة FPGA.
يمكن أن تستغرق عملية التعلم والهندسة العكسية وكتابة نواة FPGA شهورًا والكثير من التفاني. ومن المثير للإعجاب أن العديد من هذه النوى يتم توفيرها مجانًا من أجل الحفاظ على الأجهزة. عادةً ما يتم إصدار النوى في حالة تجريبية بحيث يمكن تحسينها ويمكن أن يستمر التطوير لسنوات.
على الرغم من محاكاة الأجهزة الأصلية، إلا أن محاكاة FPGA لا تزال عرضة للأخطاء، تمامًا مثل محاكاة البرامج. يتم تحديث النوى بانتظام مع تنفيذ المزيد من الإصلاحات والتغييرات سعياً لتحقيق محاكاة مثالية للأجهزة.
ما هي الفوائد التي تتمتع بها FPGA؟
تعد محاكاة أجهزة FPGA هي أقرب شيء للعب على نظام أصلي، لذا فهي توفر تجربة أصيلة. قد يتضمن ذلك بعض الأخطاء التي كانت موجودة في الأجهزة الأصلية، بافتراض أن النواة توفر نسخة طبق الأصل بنسبة 1:1 من الأجهزة الأصلية. يتم حل مشكلات مثل زمن الوصول الذي يمكن أن يكون موجودًا في برامج محاكاة البرامج نظرًا لأن المحاكاة تتم على مستوى (أجهزة) أقل بكثير.
يمكن أن تكون الأجهزة الأصلية غير موثوقة، خاصة مع تقدم العمر. يعد إعادة إنتاج الطريقة التي تتصرف بها الدوائر الأصلية باستخدام FPGA وسيلة للحفاظ على الأجهزة الأصلية ويمكن نشرها مرارًا وتكرارًا. عندما تصبح هذه المشاريع مفتوحة المصدر، يمكن لأي شخص الاستفادة منها بشرط أن يمتلك أجهزة FPGA المطلوبة مسبقًا.
بالنسبة لمعظم الأشخاص، من العملي أكثر امتلاك قطعة واحدة من الأجهزة التي يمكن إعادة برمجتها بسرعة. يمكن أن تكون الأجهزة الأصلية باهظة الثمن، وتستهلك مساحة، وقد يكون من الصعب العثور عليها في حالة أجهزة الكمبيوتر ولوحات الألعاب النادرة. هذه الأجهزة لم تعد أصغر سنًا، وبما أن الإنتاج توقف منذ فترة طويلة، فقد يكون من الصعب إصلاحها أو استبدالها.
وبما أن النظام تتم محاكاته على مستوى الأجهزة، فيجب أن تكون الأنظمة قادرة على التفاعل مع أي جهاز مصمم لهذا النظام الأساسي. يتضمن ذلك الخراطيش الأصلية والأجهزة الطرفية والملحقات التي لم يتم أخذها في الاعتبار بالضرورة عند كتابة النواة.
وهذا يختلف عن برامج المحاكاة التي يجب أن تأخذ في الاعتبار الأجهزة المختلفة التي يريد المشغل استخدامها (مثل المسدس الخفيف، على سبيل المثال).
MiSTer: محاكاة أجهزة FPGA للمنزل
سيد FPGA هو مشروع FPGA مفتوح المصدر مخصص لمحاكاة وحدات التحكم وأجهزة الكمبيوتر المنزلية وأجهزة الآركيد والحفاظ عليها. إنه المشروع الأكثر نجاحًا من نوعه، مع توفر مئات النوى وقيد التطوير النشط.
المكون الوحيد “المطلوب” لتشغيل MiSTer FPGA هو DE10-Nano، وهو جهاز صغير يشبه Raspberry Pi يحتوي على نظام Cyclone V على الرقاقة. يمكن توسيع اللوحة باستخدام ذاكرة وصول عشوائي إضافية، ومحور USB، وتوسعات الإدخال/الإخراج التي تضيف وظائف مثل إخراج VGA، أو إخراج SCART، أو إخراج JAMMA لخزائن الأركيد.
للبدء سوف تحتاج إلى DE10-نانو، حالة، وبعض التبريد. لمزيد من المحاكاة المتقدمة، يلزم توسيع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يمكنك توسيع إعداد MiSTer FPGA الخاص بك ليناسب الغرض المقصود باستخدام الوحدات الإضافية من البائعين مثل إضافات السيد أو سيد النهائي. سوف تحتاج بعد ذلك إلى قم بإعداد بطاقة SD الخاصة بك باستخدام أحدث إصدار من MiSTer.
تعد العملية أكثر تعقيدًا من استخدام المحاكيات “التقليدية” ولكنها لا تزال تتطلب ملفات بيانات وأقراص ROM تمامًا مثل محاكي البرامج. إذا كنت من المتحمسين الذين يريدون تجربة مماثلة للأجهزة الأصلية، فلا يوجد MiSTer الذي يفوقك. بالنسبة للآخرين، يعد إنجاز شيء يمكن القيام به مجانًا عبر مضاهاة البرامج أمرًا مكلفًا للغاية.
الجيب التناظري: محاكاة أجهزة FPGA أثناء التنقل
ال الجيب التناظري هو جهاز محمول متعدد الأنظمة يستخدم محاكاة FPGA للتفاعل مع خراطيش Game Boy وGame Boy Color وGame Boy Advance الأصلية. توجد أيضًا محولات خرطوشة إضافية لأنظمة Game Gear وNeo Geo Pocket وAtari Lynx وTurboGrafx-16.
يدعم النظام التطورات الحديثة مثل القدرة على تعليق اللعب عن طريق وضع وحدة التحكم في وضع السكون. يحتوي جهاز Pocket على شاشة جميلة تعمل على إعادة إنشاء خصائص مثل أنماط شبكة البكسل وتأثيرات الإضاءة الخلفية لشاشة LCD. ويمكن أيضًا توصيله بقاعدة إرساء (تباع بشكل منفصل) لتشغيله على التلفزيون عبره اتش دي ام اي.
بسعر 219.99 دولارًا، إنه جهاز محمول جميل سيجذب أي شخص لديه مجموعة صحية من الخراطيش الأصلية. لا توجد إمكانية لتحميل ROM من البرامج، لكن Analogue Pocket متوافق مع أي عربة فلاش تعمل مع الأجهزة الأصلية.
عيوب FPGAs للألعاب الرجعية
أكبر عيب في استخدام FPGAs للعب الألعاب القديمة هو السعر. تعمل برامج محاكاة البرامج الحديثة على أي جهاز تقريبًا، بدءًا من أجهزة الكمبيوتر القديمة وحتى الهواتف الذكية. معظمها مجاني والعديد منها مشاريع مفتوحة المصدر بالكامل. لقد خضع بعضها لعقود من التطوير وهي قابلة للتكوين بدرجة كبيرة.
تعد MiSTer FPGA وAnalogue Pocket من الهوايات باهظة الثمن. يمكن أن يكلف مشروع MiSTer، على وجه الخصوص، ما يزيد عن 500 دولار بسهولة مع ما يكفي من الإضافات، وعلى الرغم من أن هذه قيمة كبيرة مقارنة بلوحة أركيد واحدة أو كمبيوتر منزلي نادر، إلا أنها صعبة البيع لأي شخص لا يبحث عن وحدات البكسل. مضاهاة مثالية.
التوفر هو أيضا مصدر قلق. في وقت كتابة هذا التقرير في فبراير 2022، تم بيع جهاز DE-10 Nano في كل مكان وكان لدى Analogue قائمة انتظار لمدة عام للدفعة التالية من وحدات تحكم Pocket. وتزداد الأمور سوءًا بسبب النقص العالمي في أشباه الموصلات والمضاربين الذين يتقاضون أسعارًا باهظة على مواقع الموزعين.
لقد تطورت محاكاة البرامج والأجهزة الحديثة إلى مستوى لن يلاحظ فيه العديد من اللاعبين العاديين الفرق بين محاكي البرامج والأجهزة الأصلية. تستهدف مشاريع FPGA مثل MiSTer وPocket المتحمسين بشكل مباشر. يجب أن يتحسن السعر والتوافر بمرور الوقت، لذا فإن مستقبل محاكاة FPGA على مستوى الأجهزة مشرق للغاية.
طرق أخرى لمحاكاة الكلاسيكيات
هناك طرق أرخص وأسهل للوصول إلى المحاكاة في الوقت الحالي. هناك فرصة جيدة أن يتمكن الجهاز الذي تستخدمه لقراءة هذا من تشغيل محاكي متعدد الأنظمة مثل RetroArch.
واحدة من أفضل أجهزة المحاكاة المنزلية ذات القيمة في الوقت الحالي هي Xbox Series S (أو Series X)، والتي يمكن العثور عليها بسهولة نسبيًا واستخدامها لتشغيل عدد كبير من نوى RetroArch. إذا كنت تبحث عن شيء محمول، فاطلع على أحدث المحاكيات المحمولة التي تعمل بنظام التشغيل Linux وAndroid بدلاً من ذلك.
(علامات للترجمة)ألعاب الفيديو(ر)الميزات(ر)المجاورة