C++一步步实现任天堂FC红白机模拟器运行超级玛丽

迷茫之鹰

pc2g,电脑好游戏 以下文字转载自https://www.dingmos.com/index.php/archives/29/
我又来了，致力于把计算机底层“玩”明白系列又添一笔。实现一个红白机模拟器，跑跑童年的回忆——超级玛丽。
起因是这样的：偶然刷知乎，看到一个问答GitHub 或者其他的开源平台中是否有一些适合初学者的 C++ 项目？，底下有答主[1]推荐Github上的一个项目SimpleNES。我一细看，这不是实践计算机组成原理的最佳项目吗？
这是用软件实现一个指令集级别的CPU模拟器、PPU（图形处理单元）模拟器、计算机体系结构中的总线、内存分配的项目，做完这个项目可以理解整个硬件系统是如何工作的。
此外，红白机模拟器还很有趣，你成功实现它之后就可以愉快地在自己的 PC 玩超级玛丽了。你可以在享受自己学习到新知识和带着满满地成就感愉快地“浪费“一下午在玩游戏上。效果如下图：

这个项目并不难，会 C++ 更好，只会 C 的话也可以用 C with Class来实现，在调用C++的基本STL就可（不要问我怎么知道的~）。

这个项目的代码很少，20几个文件，条理清晰，每个文件就百行代码，粗粗看一遍也就小半天。而且每个模块的独立性强，可以有选择的深入研究。这个项目使用到的有C++11的基本语法和STL库，非常适合刚读完教材的初学者阅读。[1]

如果你还担心自己不会，没关系。我为了自己更加理解，我从初学者的角度自己简化并实现了一遍SimpleNES。我只保留了运行超级玛丽游戏的最关键的代码（代码量更少），并将SimpleNES分割成一个个小块，每天实现一个功能，每个功能都是可以单独验证的（功能划分更明确）。如下：

• Day1：模拟CPU6502、总线和内存RAM，实现CPU可从内存中读写数据和取指令
• Day2：参考6502 CPU 的datasheet，实现了CPU对指令的解码执行
• Day3：解析卡带（Cartidge 游戏卡）的文件格式，编写简单的.nes程序（加法运算），测试 CPU 能否正常执行程序。
• Day4：实现 Mapper，预留给游戏卡的地址空间是有限的，游戏卡的程序内存（Program Memory）被限制在 32 KB，角色内存（Character Memory）被限制在 8 KB。为了突破这种限制，人们发明了内存映射器（Mapper）。 内存映射器是游戏卡中的一个硬件，具有存储体空间切换（Bank Switching）的功能，以将新的程序或角色内存引入到可寻址的内存空间。
• Day5：多媒体库（SFML 简单快速多媒体库）的配置和使用，并构建PPU总线（Picture Bus）以及虚拟屏幕(Virtual Screen)的实现
• Day6: 实现 PPU 的各个回调函数，显示游戏画面
• Day7：增加按键控制，愉快游戏！
  
  以https://github.com/amhndu/SimpleNES 为模板
  

我的实现开源在 Github 上了，我称它为 MyNES

https://github.com/SmallPond/MyNES

你可以通过选择不同的 git 分支查看每个功能实现的迭代，还担心自己不知道从何入手吗？
PS：因为设计到具体的CPU（6502），同时对计组不太熟悉的同学，可以观看红白机模拟器实现的相关视频，B站和油管上都有（推荐油管的英文视频）。

参考文档

• GitHub 或者其他的开源平台中是否有一些适合初学者的 C++ 项目？
• nesdev wiki
• NES专题——PPU工作原理
• Nintendo Entertainment System Architecture
• wiki_nesdev_标准控制器
• SimpleNES