MiSTer FPGA - 開源FPGA專案 - 模擬器

已經使用MiSTer一年多了，但在板上都沒看到什麼討論，

在台灣相關的文章更是少之又少，想說來拋個一篇。

如果有寫錯東西的話再麻煩補充 XD

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https://i.imgur.com/Rni5jJv.png

2019年底，我在SmokeMonster的youtube頻道以及retrorgb的blog開始看到

大量MiSTer相關的新聞和影片。

當時NeoGeo、GBA、Sega CD core陸續的釋出消息，以及預告CPS街機、PS1等core開發中

的情報，看了讓人既好奇又興奮。

在github上逛完wiki了解專案後，馬上下訂板子與材料來組出來自己的MiSTer。

專案wiki: https://github.com/MiSTer-devel/Main_MiSTer/wiki

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其實FPGA主機發展也好幾年了，紅白機AVS、以及後來很紅的Analogue家產品。

儘管自己早已陸續收了喜歡的主機與遊戲，主機輸出從圓剛AV轉HDMI到RetroTINK搭S端子

，後來scart線也上了、OSSC也買了。


當時看了My Life In Gaming的一系列影片，

最後還是忍不住誘惑買了一台Super Nt來了解他的威力。

My Life In Gaming - Analogue Super Nt
https://www.youtube.com/watch?v=d_OW_t9RXEM

後來Analogue產品大紅，紅白機的Nt系列在去年出了昂貴(550美金)的最後一批，

Super Nt與Mega Sg則已經缺貨一陣子。

掌機的Pocket預購當時也有人貼在本板，預購就大塞車，周邊也搶購一空，一機難求。

PCE的Duo則是預計今年開放預購。

(不過還是提醒想買的人，這家的產品品質很好，但運費與服務一直受到多數人抱怨，

他們家的運費不知道為什麼就是超高，我當時Super Nt的運費是50美金，商品價的1/4)

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把更新檔丟進SD卡更新core就能解決相關問題，FPGA主機一掃我對過去那些市場上"相容

機"的印象。


商業FPGA主機的產品，成熟度已經非常高了，遇到bug也能更新，不像大多的相容機買來

就是那樣了。


在Analogue網頁上有打著大大的「No Emulation」標語，那時讓byuu看到後寫了洋洋灑灑

一長篇「FPGAs Aren't Magic」的文章。


FPGA對上一般大家熟悉的模擬器，應該是 硬體模擬 vs 軟體模擬。

Analogue網頁上所寫的應該是「非軟體模擬」(比對市面上那些dump rom後做軟體模擬的

機器)，而有些宣傳的詞彙與文章確實讓人感覺是在講FPGA就是比軟體模擬還要強。


byuu的文章則是回應這套說詞，兩者的開發都是站在同一個起跑點，共享一樣的知識

大家透過不同的方式來實做。


硬體模擬與軟體模擬在很多地方都各有優缺點差異

近年來很夯的把畫面改成寬螢幕、2D圖層變3D、或是大家最喜歡的即時存檔、倒帶功能，

這些在FPGA主機上要實作反而不容易。


相反的像Analogue主機支援各種原廠周邊，原廠手把直接插上去可以用、超任插上Super

Game Boy與GB卡夾也可以玩、MD的Mega-CD接上去也能用，這些都是dump卡夾後軟體模擬

的主機無法做到的。


少了背後OS的干擾，FPGA在延遲方面也優於一般軟體模擬，運作的穩定與一致性也相對比

較高。


FPGA的專案也常常說自己是「reimplementation」(重新實作)，偶爾也會看到有些重

新實作出來的晶片，最後真的被作出來並替換到要修復的街機的板子上。


好 講的廢話有點多，該進入正題了

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1. 組MiSTer需要什麼

- (必須) 友晶 terasic DE10-Nano FPGA板

- (必須) Micro USB OTG Hub 或 官方USB板

- (選配) SDRAM板子 (32MB ~ 128MB)

- (選配) IO板子 (類比 or 數位)


https://www.terasic.com.tw/cgi-bin/page/archive.pl?Language=Taiwan&No=1047

DE10-Nano這塊板子可以在官網買，看上面寫有學生身分還有學生價。

我自己當初是到Mouser買，切換成美金後以130幾美金就可以入手，

送台灣免運不過需要付一點點關稅。

USB Hub是拿來接手把、鍵盤、USB等裝置用的，這個必須要自己買一個。

購買官方USB Hub的好處是，板子與DE10-Nano大小相同，可以組出一座塔，還有中央連接

板，可以讓你中間連接的線不會醜醜的露在外面。


SDRAM板子是選配，但通常大家會直上128MB(約1500台幣)，因為NeoGeo滿多遊戲會吃到那

麼多，kof、越南大戰等都吃滿多的(96MB)。


NeoGeo SDRAM可以看這個表查:
https://github.com/MiSTer-devel/NeoGeo_MiSTer/blob/master/releases/romsets.xml


不過大部分的core是不需要SDRAM的，可以在wiki查

core SDRAM需求:
https://github.com/MiSTer-devel/Main_MiSTer/wiki/Cores-that-use-SDRAM


IO板不是必須，不過他主要提供給你

- (類比IO板) VGA / YPbPr / RGB 輸出

- (數位IO板) 額外的預留擴充插槽(目前沒人使用)

- 風扇散熱

- 三顆按鈕與LED燈

其他還有滿多細節的，像音訊輸出、轉出IO讓SNAC可以使用之類的，可以上wiki查詢

如果不想要多花錢買IO板，也可以去列印別人的3D列印上蓋，也有留讓你上風扇的地方。

想要全配的人當然是上好上滿，順便換個貓扇 XD


但你如果沒有要碰那些需要SDRAM的core，也沒有特別需要IO板帶給你的好處

也可以先只用DE10-Nano就好，反正剩下的可以慢慢升級。


風扇上不上就看人，有些人覺得板子運作環境本來就可以承受那樣的溫度，也有人是覺得

上散熱片跟風扇比較好。


殼的部分網路上有很多3D殼可以載來印，也有雷射切割的殼可以去買銅柱回來搭配使用，

大家可以各自發揮，也有人DIY把它塞進其他裝置的鋁殼內，或是某些懷舊電腦殼內的。


第一次執行時，與樹莓派差不多，把映像檔寫進SD卡後，直接開機會自動幫你設定完成。

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2. 控制器與儲存裝置

上面有寫MiSTer需要搭配USB hub，

MiSTer有在板子的ARM上跑了Linux系統，負責介面、控制IO、以及檔案系統，再與FPGA做

溝通。

所以你插在上面的USB手把，只要能被MiSTer的Linux辨認到都可以運作。

有線連接手把、鍵盤、或是滑鼠都可以，

使用藍芽接收器也能無線使用PS4、XBOX或是Switch、Wii的手把，8bitdo的接收器也行。


社群也有維護一份常見控制器在MiSTer的延遲表：
https://twitter.com/MisterAddons/status/1312048384119799809


也可以外接USB硬碟來擴充容量，把core與系統放在SD卡，剩下的檔案放在USB硬碟。


雖然過了一層Linux系統，但你可以透過設定1000hz polling rate來減低延遲，

若PS4手把的延遲你覺得不夠低，還有能自製daemonbite手把轉接器，將延遲壓到最低

Daemonbite: https://github.com/MickGyver/DaemonBite-Retro-Controllers-USB


當然MiSTer也支援完全沒延遲的原生手把！ (須購買SNAC轉接版)

使用SNAC轉接 是直接接到IO板上的User port，不透過Linux系統的USB而沒有延遲，

讓你可以在core上使用原生手把，但是當然只有該主機的手把能對應支援該core，光線槍

也可以運作，

還不只這個功能，還有GameBoy能接對戰線。GBA也支援使用超任手把。

https://www.youtube.com/watch?v=fZin_BHa7Ew

另外還有Bliss-Box(透過LLAPI)，不過他需要第三方改core才能支援。


喜歡用大型機台的最近也有MiSTerCade，讓你用JAMMA接到大型機台裡面使用。

MiSTerCade:
https://www.youtube.com/watch?v=PVk_Z1g1qb8


另外滿多core的光線槍支援，若不使用SNAC+該主機的光線槍，那你可以使用Wii手把、滑

鼠、手把類比來替代(畫面會有十字準心)

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3. core的安裝與更新

官方更新的方式滿原始的，就是跑shell script來更新

從官方menu選到script選項，可以進到script資料夾底下，選擇update.sh來更新

script會從github上的wiki爬列表，再從各專案的core檢查是否有新版本能使用

官方預設的 update.sh 會更新所有歸類在官方"MiSTer-devel"這個組織底下的專案


但因為後來有一些開發者會把core放在自己的github，或是專案並不想整合進官方組織底

下(因為需要遵守一些格式要求等等)。

所以又有其他人寫了update_all.sh (更新了包含官方/非官方 與其他額外的工具)

MiSTer Update All: https://github.com/theypsilon/Update_All_MiSTer

Update All的好處是統整了不少額外可手動選擇的script，像是Arcade organizer，

會幫你把街機按照類型、公司、平台，透過symbolic link的方式建成一系列目錄

跑完後就一切處理完畢，我都習慣每次開起來使用時就先跑一次更新。

陽春的UI是受限於板子上ARM的效能而做的取捨，現在就是簡單易用但陽春。

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4. 檔案

目前MiSTer官方並沒有實作/開發周邊來支援讀取實體卡帶 / 光碟

因為直接讀取卡帶/CD的穩定性以及種種考量，目前僅能讀取dump好的檔案

雖然有看過幾篇討論是否有機會加上去，但目前這個並沒有在開發的計畫之中

看過有人說透過一些USB的Cart Reader, Rom Dumper是可以達到插實體卡的效果，

但那也是dump一份出來，就跟某些支援實體卡的軟體模擬主機一樣

如果想要原汁原味的實卡、CD，目前只能買Analogue那種商業FPGA主機才有辦法。

依照core將檔案 分類放入/game目錄底下的對應資料夾即可

不少core支援讀取壓縮檔，也就是你可以不壓縮就直接讀取內部某個檔案

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5. 顯示設定

- 畫面設定

其實畫面大小有太多東西可以設定了，都在MiSTer的設定介面/編輯設定檔可以調整

像是調整放大倍數，vsync buffer

也可以針對個別的core去下設定 (只是要寫在設定檔內)

也有支援一些特殊的用法，像是預設有一個是iPad 3面板(2048x1536)使用的解析度

https://i.imgur.com/AkxJEU4.png

https://i.imgur.com/Bsydfjq.png

iPad 3面板延遲測試:
https://twitter.com/smokemonstertwi/status/1274195030920445952


- 掃描線

MiSTer的掃描線有非常多可以選，Interpolation、亮暗線、顏色由淺到深(10%~90%)

、銳利或柔邊、LCD模糊...等

詳細說明: https://github.com/MiSTer-devel/Filters_MiSTer


最近不少core也支援了1920x1080p, 5倍放大裁切模式

原本240高的遊戲如果放大到螢幕滿應該是4.5倍放到1080

但如果是4.5x配上掃描線效果怪怪的

所以最近就多加了一個五倍放大 多的地方裁掉的模式

剩下的功能幾乎都是每個core各自實作的

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6. 開發者介紹

- Sorgelig (Alexey Melnikov)

創造了MiSTer專案，也參與了非常多core的移植與開發

維護了整個MiSTer的框架，方便開發者在上面開發


- srg320 ( https://twitter.com/srg320_ )

我印象中有開發了超任、Mega CD、PCE CD

而他現在正在著手開始進行Sega Saturn

不過Sega Saturn是否能塞進DE10-Nano還是未知數

但因為他之前開發太多core了，所以大家都滿期待的

不過很難知道他的開發進度，twitter跟patreon都是近期在開發Sega Saturn時才開的


- Jotego ( https://twitter.com/topapate )

以開發街機機板core為主，本身的職業就是Analog Design Engineer

(他開發的core都沒在官方github上，所以要用update_all的script才抓的到)

開發了 YAMAHA音效晶片, 雙截龍, 泡泡龍, Konami魂斗羅, CPS1 / 1.5等core

目前CPS2正在以每周釋出一版beta的速度開發中 (patreon限定, 正式版會直接釋出)

之前他調整了CPS1/1.5 core的速度，現在跟實體基板的準確度已經非常接近了

MAME,實體基板,CPS core的準確度測試比較:
https://www.patreon.com/posts/cps1-cps1-5-46899296

CPS2快打與實體基板驗證影片
https://www.youtube.com/watch?v=EblLG8geeQU

jotego對於ebay拍賣上一堆販售的天價基板感到感冒，

這也是驅使他做開源FPGA街機core的一部分原因

在最近收到了玩家捐的數塊街機基板 (EX: Psikyo SH2等)

可以預期這些基板在未來都有機會被做成MiSTer的街機core

在這之前的CPS等core也是有人捐基板 以及他自己擁有的基板

讓他能夠直接檢驗core的準確性


- Furrtek ( https://twitter.com/furrtek )

開發Neo Geo core

他Decap了Neo Geo的晶片，把研究都記錄了下來，最後做了Neo Geo的core

同時也是Neo Geo CD的ODE開發者，也幫忙Decap了一堆其他別的晶片


- FPGAzumSpass ( https://twitter.com/azumfpg )

主要以掌機開發為主，開發了GBA、現在在開發Atari Lynx

Demo過NDS的core，不過在板子的硬體限制下，評估後是無法完全的模擬

改進了原本從MiST專案移植來MiSTer的Game Boy core

同時也幫這些core都加上了 即時存檔以及倒帶功能 等較難達成的功能

協助改進GB的功能介紹: https://www.youtube.com/watch?v=_kFS4z0Q-Ms

GBA core準確度比較表: https://github.com/MiSTer-devel/GBA_MiSTer#accuracy

另外也有協助分析Holy Grail Bug

https://github.com/RobertPeip/FPGBA/wiki/Madden-06-07-%22Holy-Grail%22-Bug


- Josh Bassett ( https://twitter.com/nullobject )

移植/開發CAVE 68000 core (原本是由rwk開發，後來接手給他繼續開發並移植MiSTer)

一月時釋出了第一版 怒首領蜂 的core

- Laxer3A ( https://twitter.com/laxer3a )

從我買板子的時候開始，已經開發PS1的core一年多，後期與ultraembedded一起開發

最近這兩個月釋出了DEMO影片，目前他們是在Arty A7板子上開發

之後完成後會將core移植回DE10-Nano

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除了家用主機、掌機、街機以外

MiSTer上也有大量的電腦core，Amiga、MSX、Sharp x68000、C64...

但這個我就比較沒有研究了 XD


MiSTer是站在過去那些人肩膀上而產生的專案

在我入手的這一年多以來看到很多 軟硬體模擬間的互動與合作

還滿期待他未來的發展

推薦給玩膩了軟體模擬，也想一起入坑試試FPGA主機的人

雖然跟樹莓派比起來貴了很多，也沒有辦法玩到像他那麼後面的新主機

可能遊玩時也感受不出更準確的模擬差異是在哪

但FPGA確實有他的一種魅力在 XD


只是如果想要插實體卡帶、光碟的話，目前還是得去跟黃牛搶Analogue家的產品了

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最近這幾天在我斷斷續續寫這篇文章的時候

My Life In Gaming釋出了他們的ANALOG FRONTIERS紀錄片第三集

裡面討論了資料保存、軟體模擬、硬體模擬等議題

很多跟這個版息息相關的事情

裡面也有討論MiSTer專案跟AVS/Analogue的主機 有興趣大家也可以看看 XD

https://www.youtube.com/watch?v=Nt3WyfMffX0

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