街機遊戲機也可以可以做？手把手教你diy
自製一個單片機，移植nes遊戲【夢幻之星4】和街機遊戲【恐龍快打】，這是我一直想要做的事，目前已經完成了第一步：自製單片機(xmcu)，遊戲移植任重而道遠(有興趣的小夥伴可以私信我)。
xmcu使用自創的指令集，開發語言為自創的x語言。
關聯
指令集
在創造xmcu系統之前，我寫過一個riscv軟核。riscv指令集在我看來還不夠精簡，不夠優雅，為此我創造了一套全新的cpu指令集(32 bit)，命名為x指令集。x指令集的直接尋址空間為512Mbit，間接尋址空間為128Gbit，這對於FPGA來說綽綽有餘。
指令格式
x指令集追求極簡和優雅，並且只有一種指令格式，指令格式如下所示：
cmd：5 bit，指令類型。
type：3bit，數據類型，共8種數據類型。
imm：24 bit，立即數，數據類型由type指定。
為了提升指令優雅度，最新指令中移除了【延時槽】，數據相關性在硬體中處理
數據類型
指令壓縮
在x指令設計之初，只包含6種數據類型，type0 - type6，這6種數據類型足以涵蓋所有的軟體代碼行為，因此這6種指令集已經是完備的。
為了進一步提升代碼密度，引入了第7種數據類型，type7。在一些簡單的函數中，能夠壓縮減少66%的指令。
下面以程序a = b + c為例，說明數據類型7帶來的壓縮效果。
指令集描述
CPU架構
xmcu的cpu部分，採用非常簡單的方式實現，因此硬體資源開銷非常小。與傳統的risc指令集不同，在x指令集中，命令類型和數據類型是分離的，分別進行獨立的解碼，這在不增加硬體複雜程度情況下，極大的增大了指令的組合情況，使得指令能夠攜帶更多信息量。
面積與時序
x指令集的cpu裸核，目標器件Artix7，資源報告如下：
系統架構
xmcu的系統架構，包含如下模塊：
·片上雙端口ram
·x指令集的cpu
·中斷控制器irq
·系統調試器dbg
·內部總線ibus
·外部總線xbus
·硬體乘法器Hardware multiplier
·硬體除法器Hardware divider
·桶式移位器Barrel shifter
·存儲控制器Flash controller
·存儲控制器Sdram controller
·存儲控制器SDcard controller
·顯示控制器LCD controller
·定時器 Timer
·接口協議 iic、spi、uart
中斷響應
傳統的risc指令集的cpu，普遍採用了16/32個寄存器，在響應中斷時需要備份這些寄存器到堆棧中，中斷函數結束後需要恢復這些寄存器，中斷響應速度比較慢。
在x指令集中，cpu僅使用了3個臨時寄存器immh、temp、var，中斷響應不需要進行寄存器備份，cpu只需要等待指令需要的immh、temp、var生命周期結束，即可立即跳轉到中斷函數，因此xmcu的中斷響應非常迅速，且開銷非常非常小。
開發工具
xmcu的開發語言為x語言，我為x語言編寫了一些工具，包含編譯器、下載器、調試器......，為了方便開發，我編寫了一個簡略的集成開發環境，整合了xmcu開發過程中使用的工具集，xmcu集成開發環境通過串口與硬體進行連接。xmcu集成開發環境中內嵌了一個郵箱服務，可以在反饋介面發送反饋信息到[email protected]m。
應用示例
我基於xmcu系統，編寫了一個俄羅斯方塊遊戲，程式語言為自定義的x語言，開發工具為xide，運行平台為荔枝糖開發板，基於國產FPGA(安路科技的EG4S20BG256)。
硬體開發板
遊戲說明
·支持全觸摸屏操作，觸摸有特效
·遊戲元素存儲於FLASH芯片(開發板自帶的FLASH容量太小，我替換為了鎂光的128Mbit的FLASH芯片)
·介面布局&精靈元素采用matlab生成，部分圖片使用美圖秀秀編輯
·我一個做美術的朋友給我定製了一套新的遊戲主題UI，我暫時還沒替換，後續補上
·若干遊戲的特效
遊戲截圖
實際遊戲畫面很精美，手機拍照技術太渣，拉低了畫面水平
主程序&編譯結果
部分子模塊
未完待續
文章利用空餘時間不定時更新...