像Game Boy Advance这样的设备如何达到其帧速率？

我一直在基于AVR微控制器和小型OLED显示器设计自己的手持游戏设备。

我开始使用128x64像素的单色显示器，并且可以以每秒60帧以上的速度舒适地绘制它。

我最近对其进行了重新设计，使其使用128x128像素的RGB OLED，但并没有想太多，只是发现我只能达到大约4 FPS。经过一番思考和仔细的重构，如果我对任何其他事情都不在乎的话，我可以将帧率提高到约12fps！

我的问题是-像GBA（Game Boy Advance）这样的设备如何达到接近60fps的帧率？我曾考虑过要有一个单独的“图形处理器”，但意识到将显示数据传输到此仍然会遇到瓶颈。

我还想知道使用这些屏幕中大多数都带有残留的8位并行接口，这可能使我的屏幕速度提高8倍，除了现代MCU不像串行和位串行接口那样倾向于具有硬件并行接口。敲打可能会消耗很多速度。

还有哪些其他选择？

我目前正在使用通过USART-SPI连接到SSD1306 OLED控制器的ATmega1284P。那是单色版本。

彩色屏幕是SSD1351，最初未连接到硬件SPI。我不相信这会带来足够的变化，总体来说太慢了

我知道我可以获得更快的MCU，但是我想知道我可以探索的其他选择-GBA处理器比我的1284慢得多！

其他答案在抽象级别（硬件）上很好地涵盖了您的问题，但是特别是对GBA有实际经验，我认为更详细的解释可能是值得的。

GBA具有许多可用于控制图形处理器如何解释视频RAM的绘制模式和设置，但不可避免的是：帧速率。图形处理器以几乎恒定的循环（下面将对此进行详细介绍）绘制到屏幕上。（这可能是与您的问题最相关的部分。）

它会一次画一条线，而每条线之间要间隔很短的时间。在绘制框架的最后一行之后，将花费大约等于绘制30条线条的时间的间隔。然后重新开始。每行的定时和每帧的定时都被预先确定并固定在一块。在很多方面，图形处理器实际上是该系统的主人，您需要围绕其行为编写游戏，因为无论您是否准备就绪，它都会继续做它所做的事情。

大约有75-80％的时间是主动将其推送到屏幕上。如果您执行相同的操作，则可以完成什么帧速率？

80％的时间也是CPU必须处理用户输入，计算游戏状态并将子画面/图块加载到当前不在屏幕上（或至少不包括在当前绘制的行中）的VRAM区域的时间。

帧之间的20％是CPU必须调整会影响整个下一帧的视频设置或RAM的全部。

在每行的末尾，图形处理器将向CPU发送行同步中断。此中断可用于调整一些子画面或一些背景层的设置（通过更改绘制的每条线之间的矩形遮罩之一的大小和位置，可以通过这种方式来获得像圆锥形聚光灯一样的效果。就硬件而言，所有这些区域都是矩形的。）在图形处理器开始绘制下一行之前，您必须小心使这些更新保持较小并完成，否则您可能会得到难看的结果。任何花费在处理这些中断上的时间都将占用CPU 80％的处理时间...

对于充分利用该系统的游戏而言，CPU和图形处理器都从未真正中断过。每个人都在跟踪对方，更新对方当前未查看的内容。

使它们与早期PC和几乎所有家用计算机（1）区别开来的所有游戏机的关键功能是硬件精灵。

链接的GBA编程指南从主处理器的角度显示了它们的工作方式。代表玩家，背景，敌人等的位图被加载到内存的一个区域中。内存的另一个区域指定了精灵的位置。因此，处理器不必更新每一帧的所有视频RAM（这会花费很多指令），而只需更新子画面的位置即可。

然后，视频处理器可以逐像素工作，以确定在该点绘制哪个精灵。

但是，这需要在两者之间共享双端口RAM，我认为在GBA中，视频处理器与主ARM和辅助Z80处理器位于同一芯片上。

（1）值得注意的例外：Amiga

“我的问题是-GBA之类的设备如何实现接近60fps的帧率？”

为了回答这个问题，他们使用图形处理器来解决。我很确定Game Boy使用了精灵图形。在最高级别上，这意味着图形处理器将加载诸如背景图像，马里奥图像和公主桃图像等内容。然后，主处理器发出诸如“通过此图像显示背景偏移量”的命令。在x和y上占很多，在此x，y位置上覆盖Mario图像＃3”，等等。因此，主处理器绝对不会与绘制每个像素有关，图形处理器绝对不会与计算像素的状态有关。游戏。每款游戏都针对其需要进行了优化，结果是一款不错的视频游戏，而无需使用大量计算能力。

GBA的处理器速度很慢。ARM7很好。他们只是运行缓慢，几乎没有资源。

有一个原因为什么当时和之前的许多Nintendo游戏都是侧滚。硬件。这些都是在硬件中完成的。您有多层瓷砖以及一个或多个精灵，硬件完成了所有工作以从这些表格中提取像素并驱动显示。

您先建立了图块设置，然后才有了一个很小的内存，即图块地图。希望左下图块成为图块7？您在该内存位置中放置了7。希望下一个图块成为19图块吗？在图块集中，您在其中放置了19，依此类推，对于已启用的每个图层。对于精灵，您只需设置x / y地址。您还可以通过设置一些寄存器来进行缩放和旋转，而硬件则负责其余的工作。

如果我没记错的话，模式7是像素模式，但是它就像传统的视频卡一样，在其中放置字节来覆盖像素的颜色，并且硬件负责视频刷新。我认为您可以进行乒乓球运动，或者至少在有新框架时可以翻转它们，但我记不清了。同样，在那个时代，处理器的时钟频率相当低，并且没有太多的快速资源。因此，尽管有些游戏是模式7，但很多都是基于图块的侧卷轴...

如果您想要高帧率的解决方案，则需要设计该解决方案。您不能只是将找到的任何旧显示器通过SPI或I²C或类似的东西与之对话。在其前面至少放置一个帧缓冲器，最好是两个，并在可能的情况下对该行进行行和列控制。

我怀疑您要购买的许多显示器上都有您正在实际与之交谈的控制器。如果要获得GBA /控制台类型的性能，则可以创建/实现控制器。或者您使用GPU /视频芯片/逻辑块进行购买/构建，然后将HDMI或其他通用接口用于股票监视器。

仅仅因为自行车有轮胎，链条和齿轮并不意味着它可以像摩托车一样快地行驶。您需要端对端设计系统以满足您的性能需求。您可以将自行车车轮放在摩托车上，但效果不理想。所有组件都必须是整体设计的一部分。

小行星也是如此。它只需要一个6502。矢量图形是用单独的逻辑完成的；6502将一小串数据发送到矢量图形控制器，该控制器使用ROM和该数据对光束和z进行xy绘制，并进行开/关操作。某些站立式处理器具有单独的处理器来处理音频和视频。计算游戏的处理器。当然，今天的视频是由与主处理器分开的数百个（甚至数千个）处理器处理的。

像GBA这样的设备如何实现接近60fps的帧速率？

硬件。

它具有图形存储器，它可以与程序/数据存储器共享同一总线，也可以不共享总线...但是重要的一点是，它具有图形处理器，该处理器每秒读取存储器60次，然后使用优化的界面，旨在有效地做到这一点。

您可以对配备有“ LCD接口”外围设备的任何现代微控制器（例如LPC4330）执行相同的操作，尽管这可能会显得过大。当然，您将需要兼容的LCD面板。

使用现代的快速微控制器（即ARM而不是AVR）和如此小的屏幕，您可能不需要Sprite或Blitter来加速图形操作。使用8位AVR可能会很慢。

但是，无论使用cpu，还是会撞到显示器的接口都会很烂。

我相信Atari 2600使用了CPU位冲击将图像发送到电视。有点过时了。