Catrin Labs Computers: Chips de Video

La parte que no es tan obvia en cuanto a hardware en este proyecto es el chip de video. Si pensamos en usar un chip de video de la época necesariamente nos casaríamos con un tipo de estética, ya sea el attribute clash de Spectrum o los 4 colores por línea del Atari, o la extraña paleta de verdes, grises y cafés del C64.

En los tiempos en que se diseñaban estos computadores se hacían prototipos físicos, no habían computadores para simular el comportamiento ni nada de eso. Simplemente se armaban protobards, se conectaban todos los cables y sobre eso se iteraba, era natural que sólo el diseño se planificaba para ser realizado en varios meses o incluso años.

Hoy en día no existe ese problema y los computadores son tan potentes que pueden perfectamente ayudar a diseñar y simular nuevos chips, así como existen emuladores para simular chips antiguos por qué no crear un emulador también para simular un chip que no existe?  Eso permite experimentar y refinar el diseño antes de convertirlo en hardware real y elimina la limitación de ajustarse al hardware existente. Si a esto agregamos que existe tecnología como FPGA que permite implementar diseños electrónicos de nuevo hardware via hardware existente, el camino de un diseño en software a una ejecución en hardware es posible.

Afortunadamente hay suficiente información de cómo diseñar chips de video, tenemos el mismo código de los emuladores, y en camino viene un libro que trata sobre el diseño del ULA en el Spectrum. También Leonardo Ruilova me recomendó otro libro de la misma temática, escrito por uno de los creadores de un proyecto similar, XGameStation.

Alternativas

Hay múltiples alternativas para resolver el problema del chip de video. Siempre pensando en que es un proyecto de largo plazo y hay tiempo para experimentar, veo las siguientes opciones:

  • Que este nuevo hardware simplemente corra sobre hardware potente como una Raspberry Pi, como si fuera un emulador de toda la vida, pero a diferencia de los emuladores existentes, éste siempre sería perfecto, pues no existe el hardware a emular y la única referencia sería el código del emulador. En este caso el chip de video sería un emulador de un nuevo chip, implementado en la Raspberry Pi. Posteriormente se podría crear el hardware real y quizás sería un raro caso en donde primero se construye el emulador y luego el hardware.
  • Utilizar VGA pero con un procesador dedicado sólo a video.  VGA sólo actuaría como framebuffer, y el procesador dedicado sería el equivalente a un custom chip del Amiga o a un chip de aceleración. Este chip tendría acceso casi exclusivo a la VRAM y operaría a una frecuencia diferente del procesador principal. El chip estaría inicialmente implementado en software controlando la VGA física. Si consideramos que un PC antiguo puede emular perfectamente computadores de 8-bit y 16 bit, la dedicación exclusiva a procesar video es perfectamente posible.
  • Utilizar un chip de video existente.  En el proyecto de 8-bit guy están siguiendo este camino, pero está el inconveniente de que aparecen las restricciones del chip de video existente. Por ejemplo el chip que están usando sólo puede generar graficos tiled (como una NES), y la interfaz de comunicación es serial. Por ahora esta alternativa está descartada (*)
  • Utilizar un chip de propósito general para generar video. Es algo similar a la opción de usar VGA sólo que el chip generaría directamente la señal de video. Es una opción bastante interesante y ya se ha hecho, pero por problemas de rendimiento no se pueden generar muchos colores con los chips conocidos.

(*) Sigo atentamente la evolución del proyecto de 8-bit guy y está bastante activo. Hoy publicaron un demo de lo que pueden hacer con Gameduino y es bastante impresionante, pero nuevamente se aleja de la esencia del proyecto que es tener limitaciones de recursos de la época.

Por ahora, creo que el camino más flexible es implementar un emulador de un chip que genere un framebuffer. Esto permitiría tener un diseño en el corto plazo y ya con más experiencia poder tomar cualquiera de estos tres caminos: Mantener la emulación, Controlar una VGA, Utilizar un chip de propósito general.

Actualización: Hay un proyecto similar llamado Anvil-6502 en donde hicieron un chip de video que funciona bastante bien. Es principalmente bitmapped y requiere un procesador rápido, pero puede servir de base para convertir el framebuffer en señal de video. Hay unos demos bastante espectaculares.

Más info en:

Parte I : Catrin Labs Computers

Parte III: CLC-88 Micro de 8 bits

 

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