用STM32F030直连VGA做游戏机

armstrong

看了坛里的高手用51做俄罗斯方块，我也萌生了做一个游戏机的念头，把一边闲着的VGA显示器用起来。
我不求高手的挑战极限，我要留足资源多做几个游戏；而且还要尽可能方便的开发游戏，当然又不能太浪费。所以我用了STM32F030C8，
8KB RAM，64KB ROM，目前搭好了游戏框架，做出了演示。软件上支持双显存和但显存随意切换，简单适应多种显示分辨率，
软件耗费如下：

1. 
   
2.   6 860 bytes of readonly  code memory
   
3.      84 bytes of readonly  data memory
   
4.   6 188 bytes of readwrite data memory

复制代码

优酷视频：
http://v.youku.com/v_show/id_XMTgxNDExNzE4OA==.html

电路连接实物图：


演示的代码如下：

1. 
   
2. #include "usrinc.h"
   
3. #include <string.h>
   
4. 
   
5. static const uint32_t sprite1[8] = {
   
6.   0x66666666,
   
7.   0x68111186,
   
8.   0x61822816,
   
9.   0x61288216,
   
10.   0x61288216,
    
11.   0x61822816,
    
12.   0x68111186,
    
13.   0x66666666,
    
14. };
    
15. 
    
16. void UserEntryInit(void)
    
17. {
    
18.   HWU_BoardLedInit();
    
19.   HWU_VGASetup(&displayer640x480);
    
20.   GE2D_ClearScreen();
    
21.   GE2D_SwapBuffer();
    
22.   GE2D_ClearScreen();
    
23. }
    
24. 
    
25. void UserEntryLoop(void)
    
26. {
    
27.   uint32_t tick = 0;
    
28.   uint32_t angle;
    
29.   GUI_RECT rect;
    
30.   int xDiff, yDiff;
    
31.   
    
32.   rect.x0 = 0;
    
33.   rect.y0 = 0;
    
34.   rect.x1 = GE2D_X_SIZE-1;
    
35.   rect.y1 = GE2D_Y_SIZE-1;
    
36.   
    
37.   while(1)
    
38.   {
    
39.     HWU_WaitVSync();
    
40.     GE2D_SwapBuffer();
    
41.    
    
42.     GE2D_ClearScreen();
    
43. 
    
44.     GE2D_SetForeColor(GUI_WHITE);
    
45.     GE2D_DrawRect(&rect);
    
46.    
    
47.     GE2D_SetForeColor(GUI_YELLOW);
    
48.     F8x8_DispString(4, 2, "STM32F0");
    
49.    
    
50.     GE2D_SetForeColor(GUI_RED);
    
51.     GE2D_DrawHLine(2, 12, 2+(tick%60));
    
52.     GE2D_DrawHLine(61-(tick%60), 14, 61);
    
53.     GE2D_DrawBitmap4((tick%60)-4, 13-4, sprite1, 0x00080008);
    
54.    
    
55.     GE2D_SetForeColor(GUI_BLUE);
    
56.     GE2D_DrawCircle(32, 48, 24);
    
57.    
    
58.     GE2D_SetForeColor(GUI_BLUE);
    
59.     angle = tick << 3;
    
60.     yDiff = 25*(util_sin_fixed28(angle)/65536)/4096;
    
61.     xDiff = 25*(util_cos_fixed28(angle)/65536)/4096;
    
62.     GE2D_DrawLine(32, 48, 32+xDiff, 48+yDiff);
    
63.     yDiff = 25*(util_sin_fixed28(angle+340)/65536)/4096;
    
64.     xDiff = 25*(util_cos_fixed28(angle+340)/65536)/4096;
    
65.     GE2D_DrawLine(32, 48, 32+xDiff, 48+yDiff);
    
66.     yDiff = 25*(util_sin_fixed28(angle-340)/65536)/4096;
    
67.     xDiff = 25*(util_cos_fixed28(angle-340)/65536)/4096;
    
68.     GE2D_DrawLine(32, 48, 32+xDiff, 48+yDiff);
    
69.    
    
70.     GE2D_DrawBitmap4(32-4+xDiff, 48-4+yDiff, sprite1, 0x00080008);
    
71.    
    
72.     HWU_BoardLedCtrl(tick>>3);
    
73.     tick++;
    
74.   }
    
75. }
    
76. 
    

复制代码

armstrong

我把项目取名为VGArduboy，希望网友将其发扬光大；效仿arduboy，做出一些好玩的游戏给大家分享！
完整源代码请下载压缩包：

armstrong

改进后的VGArduboy，决定采用单色显示，分辨率128x96，双显存60FPS；11.8KHZ采样率音频输出（声音质量很高，实际输出频率47.2KHZ，避免了载波噪音）；
下面是演示视频：
http://v.youku.com/v_show/id_XMTg3NjI2NTA3Ng==.html

armstrong

VGArduboy管脚连接图：

talkingbeast

谢谢分享。

yuyu87

强，速度够么？分辨率多少？

wye11083

话说用STM32做个FC模拟器应该绰绰有余吧。只是卡带的存储需要外接FLASH。

litop

牛人，，，

zhuyihua001

有干劲

有魄力

佩服啊

lcw_swust

牛,是用SPI做的吗?
其实,如果内存大一点,还可以直接使用16位IO接R-2R网络输出16位色,用DMA输出数据.
也可以8位IO输出灰度图像,或产生PAL信号.

zqf441775525

正想找这个东西，楼主能把源程序共享一下或者说下实现方法吗？

armstrong

wye11083 发表于 2016-11-11 00:08
话说用STM32做个FC模拟器应该绰绰有余吧。只是卡带的存储需要外接FLASH。

元老，你说大话了。
FC模拟器我做过，仅仅靠STM32F030C8的8K RAM，是不可能做到的。
FC游戏机内部8KB RAM，8K SRAM，16K PPURAM，这是最基本的。
另外，FC游戏机有个MAPPER（其实是突破寻址范围，扩展存储的黑科技）的概念，也就是大多数游戏都需要额外的RAM；
只有早期的任天堂自己开发的部分游戏才工作在MAPPER0，也就是不需要额外空间。
如果只用基本的资源做出来的模拟器就是个鸡肋，只能玩超级马力和魂斗罗。

在PC上，至今都没有出现一款能玩市面上所有ROM的FC模拟器；何况自己移植？
实践出真知，元老不妨动手做做看。

huangqi412

lcw_swust 发表于 2016-11-11 06:32
牛,是用SPI做的吗?
其实,如果内存大一点,还可以直接使用16位IO接R-2R网络输出16位色,用DMA输出数据.
也可以 ...

stm的dma支持gpio地址么  这个还真不记得

armstrong

yuyu87 发表于 2016-11-10 23:17
强，速度够么？分辨率多少？

输出的VGA时序上，可以输出各种分辨率的，如1024*768，800*600之类的，更高也行，只是不能超过单片机主频48MHZ的精度。
不管输出多大分辨率，我的逻辑分辨率是不变的。比方说，实际VGA时序分辨率640*480时，我输出逻辑80行，那么每个逻辑行我输出6次，也即6个扫描行。
横向分辨率，其实由单片机的性能决定。每个扫描行，我能用LDR指令和STR指令几次，就能输出几个像素。比如一个扫描行通常是20几微妙，那么20*48=960个时钟，这几个时钟也执行不了几个指令啊。

chaplin1999

帮大神顶顶，这个f030 做vga的我这hackaday上看到过一个开源项目。f030的vga　串口终端！
https://hackaday.io/project/9992-low-cost-vga-terminal-module

lcw_swust

huangqi412 发表于 2016-11-11 08:05
stm的dma支持gpio地址么  这个还真不记得

可以的，还可以用于读取摄像头。
读取摄像头：

VGA驱动：


PAL驱动：



我做了这么个东东放于窗口上，检测到图像有变化时发出报警声。

gamep

楼上NB
楼主应拍个显示器的照片炫炫

lr120363092

还不知道VGA的驱动原理，用GPIO直接驱动VGA的吗

armstrong

chaplin1999 发表于 2016-11-11 08:27
帮大神顶顶，这个f030 做vga的我这hackaday上看到过一个开源项目。f030的vga　串口终端！
https://hackaday ...

有创意！这东西也好玩的。

armstrong

lcw_swust 发表于 2016-11-11 08:30
可以的，还可以用于读取摄像头。
读取摄像头：

good job!看芯片是STM32F103.
实际资源占用情况如何？

armstrong

演示图片，可是视频更生动。看上面优酷视频链接：

armstrong

chaplin1999 发表于 2016-11-11 08:27
帮大神顶顶，这个f030 做vga的我这hackaday上看到过一个开源项目。f030的vga　串口终端！
https://hackaday ...

数了数它屏幕上的字符数大概26*80=2080，也就是说缓存一屏的字符就要占用2080字节。这区区4KB RAM，做起来真是有难度的。

lcw_swust

armstrong 发表于 2016-11-11 09:15
good job!看芯片是STM32F103.
实际资源占用情况如何？

是的，用的STM32F103CBT6,其实我觉得用C8T6也行。
摄像头：

VGA：

PAL：

cnshibo

armstrong 发表于 2016-11-11 07:53
元老，你说大话了。
FC模拟器我做过，仅仅靠STM32F030C8的8K RAM，是不可能做到的。
FC游戏机内部8KB RAM ...

以前在arm 7上面做过fc模拟器。需要汇编优化，挺辛苦的。

RAMILE

huangqi412 发表于 2016-11-11 08:05
stm的dma支持gpio地址么  这个还真不记得

支持，而且还有外部触发引脚，可以做逻辑分析仪，或者并口模式RAM

chaplin1999

RAMILE 发表于 2016-11-11 11:14
支持，而且还有外部触发引脚，可以做逻辑分析仪，或者并口模式RAM

F0  系列的支持么

huangqi412

lcw_swust 发表于 2016-11-11 08:30
可以的，还可以用于读取摄像头。
读取摄像头：

ORG  ORZ  你做的DIY都好整洁  看着就舒服

wye11083

armstrong 发表于 2016-11-11 07:53
元老，你说大话了。
FC模拟器我做过，仅仅靠STM32F030C8的8K RAM，是不可能做到的。
FC游戏机内部8KB RAM ...

我记得是2KB（16Kb），所以你应该是记错了。另外，mapper类似于74138之类的逻辑芯片，貌似现有nes文件全部包含一个mapper，只要能支持大多数就可以了。到现在为止virtunes也运行不了一些合卡的游戏，估计是逻辑芯片破解不完整。我看简史早期就是个138，后期用了带有逻辑跳转的逻辑芯片，破解必须得穷举出所有状态；漏的就没法用了。

新晋元老，呵呵。

wye11083

cnshibo 发表于 2016-11-11 09:40
以前在arm 7上面做过fc模拟器。需要汇编优化，挺辛苦的。

6502貌似很简单的指令集，不需要做太多优化就能跑吧。

596142041

牛人啊！

snoopyzz

wye11083 发表于 2016-11-11 21:24
6502貌似很简单的指令集，不需要做太多优化就能跑吧。

只模拟6502当然速度够了, 但还有PPU要模拟, STM32F103VET6上有人移植过FC模拟器
F030 RAM不够

cnshibo

wye11083 发表于 2016-11-11 21:24
6502貌似很简单的指令集，不需要做太多优化就能跑吧。

要达到30 fps 还是有难度的。

powermeter

都是牛人。

wofei3344

大神好多.....

ZYBing

论坛牛人真多

xyz543

这个我也是真心佩服了，话说要拿 F030 来做 PPU + MCU 的活还真是不容易啊？！

duxingkei

lcw_swust 发表于 2016-11-11 08:30
可以的，还可以用于读取摄像头。
读取摄像头：

66666666666666

armstrong

xyz543 发表于 2016-11-12 15:28
这个我也是真心佩服了，话说要拿 F030 来做 PPU + MCU 的活还真是不容易啊？！
...

这个我是做不到的。我的目标是做自己的游戏开发框架，提供一些基本的游戏要素，如音频，贴图，精灵动画，物理模拟系统等。目前实现了这些函数：

1. 
   
2. #ifndef __HW_UTILS_H__
   
3. #define __HW_UTILS_H__
   
4. 
   
5. #include "ftypes.h"
   
6. 
   
7. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   
8. 
   
9. #define DISP_MODE(w,h)  (((w)<<16)|(h))
   
10. #define DISP_GETW(wh)   ((wh)>>16)
    
11. #define DISP_GETH(wh)   ((wh)&0xFFFF)
    
12. 
    
13. typedef struct {
    
14.   uint32_t display_mode;    /* 该显示器配置的水平和垂直分辨率 */
    
15.   uint32_t hsync_width;     /* 行同步信号的宽度，单位(1us/1024) */
    
16.   uint32_t hsync_period;    /* 行同步信号的周期，单位(1us/1024) */
    
17.   uint32_t hsync_delay;     /* 从行同步信号起，推迟该时间产生中断，以输出像素值。单位(1us/1024) */
    
18.   uint16_t vsync_width;     /* 场同步信号的宽度，单位是hline */
    
19.   uint16_t vsync_period;    /* 场同步信号的周期，单位是hline */
    
20.   uint16_t vsync_delay;     /* 从场同步信号起，在该指定行号开始输出像素数据。单位是hline */
    
21.   void (*vsync_handler)(void);  /* 行同步中断，用于初始化帧 */
    
22.   void (*hsync_handler)(void);  /* 场同步中断，用于输出像素 */
    
23. } DisplayerConfig_Type;
    
24. 
    
25. extern const DisplayerConfig_Type displayer640x480;
    
26. extern const DisplayerConfig_Type displayer800x600;
    
27. extern const DisplayerConfig_Type displayer1024x768;
    
28. 
    
29. void HWU_VGASetup(const DisplayerConfig_Type *config);
    
30. void HWU_VGAPushLine(uint32_t reg, uint32_t data[], uint32_t const map[]);
    
31. void HWU_WaitVSync(void);
    
32. void HWU_VGAStop(void);
    
33. 
    
34. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
35. 
    
36. void HWU_BoardLedInit(void);
    
37. void HWU_BoardLedCtrl(int state);
    
38. 
    
39. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
40. void HWU_AudioOpen(void);
    
41. int  HWU_AudioPlay(uint8_t const stream[], int num);
    
42. void HWU_AudioClose(void);
    
43. 
    
44. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
45. 
    
46. 
    
47. #endif /* __HW_UTILS_H__ */
    

复制代码

1. 
   
2. typedef struct {
   
3.   int16_t x0, y0;
   
4.   int16_t x1, y1;
   
5. } GUI_RECT;
   
6. 
   
7. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   
8. /* 返回0-1之间的定点数，整数部分4位，小数部分28位 */
   
9. extern uint32_t const _sin_halfpi[256];
   
10. 
    
11. /* 返回0-1之间的三角定点数，整数部分4位，小数部分28位 */
    
12. int util_sin_fixed28(uint32_t index);
    
13. int util_cos_fixed28(uint32_t index);
    
14. 
    
15. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
16. void      GE2D_ResetLinePtr(void);
    
17. uint32_t *GE2D_GetNextLinePtr(uint32_t skipLineCnt);
    
18. uint32_t *GE2D_GetFirstLinePtr(void);
    
19. void      GE2D_SwapBuffer(void);
    
20. void      GE2D_SetForeColor(uint32_t color);
    
21. void      GE2D_SetBackColor(uint32_t color);
    
22. void      GE2D_ClearScreen(void);
    
23. void      GE2D_DrawPixel(int x, int y);
    
24. void      GE2D_ClearPixel(int x, int y);
    
25. void      GE2D_FillRect(GUI_RECT const *pRect);
    
26. void      GE2D_ClearRect(GUI_RECT const *pRect);
    
27. void      GE2D_DrawHLine(int x0, int y, int x1);
    
28. void      GE2D_DrawVLine(int x, int y0, int y1);
    
29. void      GE2D_DrawRect(GUI_RECT const *pRect);
    
30. void      GE2D_DrawLine(int x0, int y0, int x1, int y1);
    
31. void      GE2D_DrawCircle(int x0, int y0, int r);
    
32. /*******************************************************************************
    
33.   为了有利于ARM编译器的函数参数传递(ATPCS)，把图像的宽高放在一起传递(wh参数)：
    
34.     高16位存放宽度，低16位存放高度；data[]中每个单元存放着8个像素；
    
35. !! 绘制每像素4bit编码的位图，其中：b3=Transparent;b2=B;b1=G;b0=R.
    
36. ********************************************************************************/
    
37. void      GE2D_DrawBitmap4Unsafe(int x, int y, const uint32_t data[], uint32_t wh);
    
38. void      GE2D_DrawBitmap4(int x, int y, const uint32_t data[], uint32_t wh);
    
39. 
    
40. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
41. void      F8x8_DispChar(int x, int y, uint8_t ascii);
    
42. void      F8x8_DispString(int x, int y, const char *ps);
    

复制代码

xyz543

armstrong 发表于 2016-11-12 17:43
这个我是做不到的。我的目标是做自己的游戏开发框架，提供一些基本的游戏要素，如音频，贴图，精 ...

是啊！您这个看起来就像当年那红白游戏机内的 PPU 在处理的工作啊！哈～

s1j2h3

学习下  

铭心科技

大神就是大神，长见识了。

ackyee

lcw_swust 发表于 2016-11-11 08:30
可以的，还可以用于读取摄像头。
读取摄像头：

很好奇这种饶过专用三位DA ic的方案只能支持黑白图像吗？ 是通过电阻分压出特定电压，然后再将这个电压同时输出给RGB吗

foxpro2005

强， 围观学习一下

wkman

  想起  cowboy的 4051玩转VGA显示器，打俄罗斯方块帖子了，，，

smart_inside

lcw_swust 发表于 2016-11-11 08:30
可以的，还可以用于读取摄像头。
读取摄像头：

环境不错，还有后山啊

小小菜

顶一个，蛮酷的

benqme

有趣，学习了，，

xd785

顶一个，挺好玩的

armstrong

单色显示效果，受内存容量限制，我设定分辨率为128x96。这样一帧画面占用1.5KB，双显存就占用了3KB。系统还有5KB可以用于游戏设计，应该够了。

armstrong

zqf441775525 发表于 2016-11-11 07:32
正想找这个东西，楼主能把源程序共享一下或者说下实现方法吗？

源码已公开下载，请自行编译，EWARM6.40.5环境

Anne

好东西呀，学习学习。楼主继续努力……

lcw_swust

ackyee 发表于 2016-12-17 08:51
很好奇这种饶过专用三位DA ic的方案只能支持黑白图像吗？ 是通过电阻分压出特定电压，然后再将这个电压同 ...

RGB并联,由8位IO加R-2R网络构成的8位DAC驱动,不是三位哦.

zqf441775525

armstrong 发表于 2016-12-17 22:21
源码已公开下载，请自行编译，EWARM6.40.5环境

多谢，不用了，已经用FPGA+SDRAM搞定了。

efree

这个不错，很好的创意。。

lsls666888

有创意，值的学习

nyszx

楼上的都很牛，都是高手~

laylovesb1314

好帖！膜拜！看完后我自己也想做一个玩下！

linquan315

楼主这个工作室还是蛮有味道的嘛！

Serial

牛人啊！

Mingrui

好主意，干的漂亮！赞一个！

chengsong

牛鼻得一塌糊涂，赞！

pic_flash

楼主非常有创意。。。

另我想起2004年， 有个老外用PIC16F84 做最简单的电视乒乓游戏。。

https://sourceforge.net/projects/picpong/

linjpxt

armstrong 发表于 2016-11-11 09:19
演示图片，可是视频更生动。看上面优酷视频链接：

RGB 总共是 8色是吧，如果要实现更多的颜色是不是就要改用电阻网络了，有没有试过用DS DAC加一个小RC的方式是否可以实现24位色？640*480*50fps*256=3.9G ... 太高了

龙生初九

都是人才

SUPER_CRJ

高手！没有想到单片机的IO可以直接连接上VGA接口。收藏了，日后研究下。

sme

看到这个贴子，回想之前设计红白机（NES）IC，测试各种游戏的兼容性，真是痛苦并快乐着。