👬 👨‍👩‍👧 ☣️ पोर्टिंग क्विक से iPod क्लासिक 🤘🏽 🖖🏿 🏦

आइपॉड क्लासिक ( वीडियो ) पर लॉन्च लॉन्च ।

TL; DR : मैं एक एमपी 3 प्लेयर पर क्वेक चलाने में कामयाब रहा। लेख बताता है कि यह कैसे हुआ।

मैंने पिछली गर्मियों का कुछ हिस्सा अपनी पसंदीदा चीजों में से एक पर बिताया: रॉकबॉक्स और गेम क्वेक आईडी सॉफ्टवेयर। यहां तक कि मुझे क्वेक को रॉकबॉक्स में पोर्ट करके इन दोनों शौक को संयोजित करने का अवसर मिला ! अधिक के लिए इच्छा करना असंभव था!

यह पोस्ट बताती है कि यह कैसे काम करता है। यह लगभग दो वर्षों से एक लंबी कहानी है। इसके अलावा, विकास की प्रक्रिया का दस्तावेजीकरण करने का यह मेरा पहला प्रयास है, विस्तृत और अप्रकाशित, समाप्त तकनीकी दस्तावेज के विपरीत, जिसे मैंने अपने जीवन में बहुत अधिक लिखा है। लेख में तकनीकी विवरण भी होगा, लेकिन सबसे पहले मैं उस विचार प्रक्रिया के बारे में बात करने की कोशिश करूंगा जिससे कोड का निर्माण हुआ।

काश, रॉकबॉक्स और क्वेक को अलविदा कहने का समय आ गया है, कम से कम निकट अवधि के लिए। कई महीनों के लिए, खाली समय मेरे लिए बहुत दुर्लभ संसाधन होगा, इसलिए काम पर जाने से पहले, मैं अपने विचारों को व्यक्त करने के लिए जल्दबाजी करता हूं।

Rockbox

रॉकबॉक्स एक उत्सुक ओपन सोर्स प्रोजेक्ट है, जिसे मैंने हैकिंग के लिए बहुत समय बिताया है। इसके बारे में सबसे अच्छी बात वेब पेज पर लिखी गई है: "रॉकबॉक्स डिजिटल संगीत खिलाड़ियों के लिए मुफ्त फर्मवेयर है।" यह सही है - हमने सैंडिस्क सैंसा खिलाड़ियों, ऐप्पल आईपॉड और कई अन्य समर्थित उपकरणों के साथ आए कारखाने के सॉफ़्टवेयर के लिए एक पूर्ण प्रतिस्थापन बनाया।

हम न केवल मूल फर्मवेयर के कार्यों को फिर से बनाने के लिए प्रयास कर रहे हैं, बल्कि एमपी 3 प्लेयर पर चलने वाले छोटे कार्यक्रमों को प्लग - इन नामक डाउनलोड करने योग्य एक्सटेंशन के लिए समर्थन भी लागू किया है । रॉकबॉक्स में पहले से ही कई शानदार खेल और डेमो हैं, जिनमें से सबसे प्रभावशाली शायद पहले व्यक्ति निशानेबाज डूम और ड्यूक नूएम गेम्स ^{1 हैं}। लेकिन मुझे लगा कि उसमें कुछ गायब था।

मंच पर भूकंप दिखाई देता है

क्वेक पूरी तरह से तीन आयामी प्रथम-व्यक्ति शूटर है। आइए देखें इसका क्या मतलब है। यहाँ मुख्य शब्द "पूरी तरह से तीन आयामी हैं । " डूम और ड्यूक नुकेम 3 डी के विपरीत, आमतौर पर 2.5 डी के रूप में संदर्भित किया जाता है (एक वैकल्पिक ऊंचाई घटक के साथ 2 डी मानचित्र की कल्पना करें), क्वेक को पूर्ण 3 डी में लागू किया गया है। प्रत्येक शीर्ष और बहुभुज 3 डी अंतरिक्ष में मौजूद है। इसका मतलब है कि पुराने छद्म -3 डी ट्रिक्स अब काम नहीं करते हैं - सब कुछ पूर्ण 3 डी में किया जाता है। हालाँकि, मैं विचलित था। संक्षेप में, क्वेक एक शक्तिशाली चीज है।

और क्वेक चुटकुलों को माफ नहीं करता है। हमारे शोध से पता चला है कि क्वेक में लगभग 100 मेगाहर्ट्ज और एफपीयू की आवृत्ति के साथ-साथ 32 एमबी रैम के साथ एक्स 86 प्रोसेसर की आवश्यकता होती है। इससे पहले कि आप टकराना शुरू करें, याद रखें कि गेम लिखने के दौरान जॉन कार्मैक ने जो ध्यान केंद्रित किया है, उसके लिए रॉकबॉक्स के लिए लक्ष्य प्लेटफार्मों की तुलना नहीं है - रॉकबॉक्स यहां तक कि केवल 11 मेगाहर्ट्ज और 2 एमबी रैम की आवृत्ति वाले प्रोसेसर पर काम करता है (ज़ाहिर है, क्वेटा को काम नहीं करना चाहिए। पर इस तरह के उपकरणों)। इसे ध्यान में रखते हुए, मैंने अपने डिजिटल ऑडियो खिलाड़ियों के धीरे-धीरे घटते संग्रह को देखा और बचे लोगों में से सबसे अधिक शक्तिशाली चुना: Apple iPod Classic / 6G 216 MHz ARMv5E प्रोसेसर और 64 MB RAM (इंडेक्स E) के साथएआरएम डीएसपी एक्सटेंशन की उपस्थिति को इंगित करता है - बाद में यह हमारे लिए महत्वपूर्ण होगा)। गंभीर चश्मा, लेकिन क्वेक को चलाने के लिए मुश्किल से पर्याप्त हैं।

बंदरगाह

क्वेक का एक अद्भुत संस्करण है जो एसडीएल पर चल सकता है । इसका तार्किक नाम SDLQuake है । सौभाग्य से, मैंने पहले ही एसडीएल लाइब्रेरी को रॉकबॉक्स (यह एक और लेख के लिए एक विषय है) में पोर्ट कर लिया है, इसलिए संकलन के लिए क्वेक तैयार करना एक काफी सरल प्रक्रिया है: स्रोत पेड़ की नकल करें; make; हम त्रुटियों को ठीक करते हैं; कुल्ला, साबुन, दोहराएँ। मैं शायद यहाँ बहुत सारे उबाऊ विवरणों को दोहरा रहा हूँ, लेकिन सिर्फ अपने प्रशंसनीयता की कल्पना करें ताकि क्वेक निष्पादन योग्य को सफलतापूर्वक संकलित किया जा सके। मैं ख़ुश था।

"ठीक है, इसे लोड करें!" मैंने सोचा।

और यह बूट! मुझे सुंदर क्वेक कंसोल पृष्ठभूमि और मेनू द्वारा बधाई दी गई थी। सभी पूरी तरह से। लेकिन अपना समय ले लो! जब मैंने खेल शुरू किया, तो कुछ गलत था। "परिचय" स्तर सामान्य रूप से लोड करने के लिए लग रहा था, लेकिन खिलाड़ी की स्पॉन स्थिति नक्शे से पूरी तरह से दूर थी। अजीब , मैंने सोचा। मैंने कई तरह की कोशिशें कीं, डिबगिंग शुरू की और splashf, लेकिन यह सब व्यर्थ था - बग मेरे लिए बहुत जटिल हो गया, या ऐसा मुझे लग रहा था।

और यह स्थिति कई वर्षों तक बनी रही। शायद समय के बारे में थोड़ी बात करने लायक। क्वेक को लॉन्च करने का पहला प्रयास सितंबर 2017 में किया गया था, जिसके बाद मैंने हार मान ली और क्वेक और रॉकबॉक्स से मेरा फ्रेंकस्टीन जुलाई 2019 तक धूल इकट्ठा करते हुए शेल्फ पर लेट गया। बोरियत और प्रेरणा का सही संयोजन पाने के बाद, मैंने जो कुछ भी शुरू किया, उसे पूरा करने का फैसला किया।

मैंने डिबेट करना शुरू कर दिया। प्रवाह की मेरी स्थिति ऐसी थी कि मुझे याद नहीं है कि मैं जो कर रहा था, उसके बारे में व्यावहारिक रूप से कोई विवरण नहीं है, लेकिन मैं काम के पाठ्यक्रम को फिर से बनाने की कोशिश करूंगा।

मैंने पाया कि क्वेक संरचना को दो मुख्य भागों में विभाजित किया गया है: सी में इंजन कोड और क्वेक में गेम के उच्च-स्तरीय तर्क, एक बाईटेकोड संकलित भाषा। मैंने हमेशा किसी और के कोड को डीबग करने के तर्कहीन डर के कारण QuakeC VM से दूर रहने की कोशिश की। लेकिन अब मुझे इसमें डुबकी लगाने के लिए मजबूर होना पड़ा। मैं अस्पष्ट स्ट्रीमिंग सत्र को याद करता हूं, जिसके दौरान मैंने बग के स्रोत की खोज की थी। कई के बाद grep, मैं अपराधी पाया pr_cmds.c:PF_setorigin:। इस फ़ंक्शन ने एक तीन-आयामी वेक्टर प्राप्त किया, जो नक्शे को लोड करते समय खिलाड़ी के नए निर्देशांक सेट करता है, जो किसी कारण से हमेशा बराबर होता है (0, 0, 0)। हम्म ...

मैंने डेटा स्ट्रीम को पीछे किया और पाया कि यह कहां से आया है: कॉल से Q_atof()- स्ट्रिंग से फ्लोट में क्लासिक रूपांतरण फ़ंक्शन। और फिर अंतर्दृष्टि मुझ पर हावी हो गई: मैंने रैपर फ़ंक्शन का एक सेट लिखा Q_atof(), जिसने क्वेक कोड को फिर से परिभाषित किया, और मेरा कार्यान्वयन atof()संभवतः गलत था। इसे ठीक करना बहुत आसान था। मैंने अपने गलत को क्वेक कोड से सही - फंक्शन से बदल दियाatof । और वोइला! बिना किसी समस्या के भरी हुई तीन गलियारों के साथ प्रसिद्ध प्रवेश स्तर, जैसा कि "E1M1: द स्लिपगेट कॉम्प्लेक्स" था। ऑडियो आउटपुट अभी भी एक टूटे हुए लॉन घास काटने वाले की तरह लगता है, लेकिन हम फिर भी एमपी 3 प्लेयर पर क्वेक चलाते हैं!

खरगोश के बील में

यह परियोजना अंत में एक बहाना बन गई कि मैं क्या बंद कर रहा था: एआरएम ² विधानसभा भाषा सीखना ।

समस्या गति-संवेदनशील ध्वनि मिश्रण चक्र में थी snd_mix.c(एक लॉन घास काटने की मशीन की आवाज़ याद है?)।

फ़ंक्शन SND_PaintChannelFrom8को 8-बिट मोनो ऑडियो नमूनों की एक सरणी मिलती है और उन्हें 16-बिट स्टीरियो स्ट्रीम में मिलाता है, जिसके बाएं और दाएं चैनल दो पूर्णांक मापदंडों के आधार पर अलग-अलग स्केल किए जाते हैं। जीसीसी ने संतृप्ति अंकगणित को अनुकूलित करते हुए एक घटिया काम किया, इसलिए मैंने इसे स्वयं करने का फैसला किया। परिणाम ने मुझे पूरी तरह से संतुष्ट किया।

यहाँ मुझे जो मिला है उसका कोडांतरक संस्करण है (C संस्करण नीचे प्रस्तुत किया गया है):

SND_PaintChannelFrom8:
        ;; r0: int true_lvol
        ;; r1: int true_rvol
        ;; r2: char *sfx
        ;; r3: int count

        stmfd sp!, {r4, r5, r6, r7, r8, sl}

        ldr ip, =paintbuffer
        ldr ip, [ip]

        mov r0, r0, asl #16                 ; prescale by 2^16
        mov r1, r1, asl #16

        sub r3, r3, #1                      ; count backwards

        ldrh sl, =0xffff                    ; halfword mask

1:
        ldrsb r4, [r2, r3]                  ; load input sample
        ldr r8, [ip, r3, lsl #2]                ; load output sample pair from paintbuffer
                                ; (left:right in memory -> right:left in register)
        ;; right channel (high half)
        mul r5, r4, r1                      ; scaledright = sfx[i] * (true_rvol << 16) -- bottom half is zero
        qadd r7, r5, r8                     ; right = scaledright + right (in high half of word)
        bic r7, r7, sl                      ; zero bottom half of r7

        ;; left channel (low half)
        mul r5, r4, r0                      ; scaledleft = sfx[i] * (true_rvol << 16)
        mov r8, r8, lsl #16                 ; extract original left channel from paintbuffer
        qadd r8, r5, r8                     ; left = scaledleft + left

        orr r7, r7, r8, lsr #16                 ; combine right:left in r7
        str r7, [ip, r3, lsl #2]                ; write right:left to output buffer
        subs r3, r3, #1                         ; decrement and loop

        bgt 1b                          ; must use bgt instead of bne in case count=1

        ldmfd sp!, {r4, r5, r6, r7, r8, sl}

        bx lr

यहाँ मुश्किल हैक्स हैं जो समझाने लायक हैं। मैं qaddसंतृप्ति के कम-लागत जोड़ को लागू करने के लिए एआरएम प्रोसेसर डीएसपी अनुदेश का उपयोग करता हूं , लेकिन qaddयह केवल 32-बिट शब्दों के साथ काम करता है, और खेल 16-बिट ध्वनि नमूनों का उपयोग करता है। हैक यह है कि मैं पहले 16 बिट्स के नमूने छोड़ देता हूं; मैं नमूनों का संयोजन कर रहा हूं qadd; और फिर रिवर्स शिफ्ट करें। इसलिए एक निर्देश में मैं वह करता हूं जो जीसीसी ने सात लिया था। (हां, अगर बिना ARMv6 के साथ काम किया है, तो यह बिना हैक के करना संभव होगा, जिसमें MMX जैसी पैक्ड संतृप्ति अंकगणित है qadd16, लेकिन अफसोस, जीवन इतना सरल नहीं है। इसके अलावा, हैक शांत हो गया!)

ध्यान दें कि मैं एक समय में दो स्टीरियो नमूने पढ़ता हूं (शब्दों का उपयोग करके ldrऔरstr) कुछ और चक्रों को बचाने के लिए।

नीचे संदर्भ के लिए एक सी संस्करण है:

void SND_PaintChannelFrom8 (int true_lvol, int true_rvol, signed char *sfx, int count)
{
        int     data;
        int             i;

        // we have 8-bit sound in sfx[], which we want to scale to
        // 16bit and take the volume into account
        for (i=0 ; i<count ; i++)
        {
            // We could use the QADD16 instruction on ARMv6+
            // or just 32-bit QADD with pre-shifted arguments
            data = sfx[i];
            paintbuffer[2*i+0] = CLAMPADD(paintbuffer[2*i+0], data * true_lvol); // need saturation
            paintbuffer[2*i+1] = CLAMPADD(paintbuffer[2*i+1], data * true_rvol);
        }
}

मैंने गणना की कि, अनुकूलित सी संस्करण की तुलना में, प्रति नमूना निर्देशों की संख्या 60% कम हो गई। अधिकांश छोरों को qaddअंकगणित के लिए संतृप्ति और पैकिंग मेमोरी ऑपरेशन का उपयोग करके बचाया गया था ।

"अभाज्य" संख्याओं का षड्यंत्र

यहाँ एक और दिलचस्प बग है जो मुझे इस प्रक्रिया में मिला। असेंबली कोड लिस्टिंग में, निर्देश के आगे bgt(शाखा "यदि" से अधिक ") एक टिप्पणी है कि bne(शाखा" यदि बराबर नहीं है ") का उपयोग बॉर्डरलाइन मामले के कारण नहीं किया जा सकता है जो प्रोग्राम को 1 के बराबर नमूनों की संख्या के साथ धीमा कर देता है। यह चक्रीय हस्तांतरण की ओर जाता है पूर्णांक 0xFFFFFFFFऔर एक बहुत लंबी देरी (जो अंततः समाप्त हो जाती है)।

यह सीमा रेखा एक विशेष ध्वनि से चालू होती है, जिसकी लंबाई 7325 नमूने ^{3 है} । 7325 के बारे में क्या खास है? आइए इसके विभाजन को शेष दो में से किसी एक शक्ति द्वारा खोजने का प्रयास करें:

\begin{aligned} 7325 & \equiv 1 & (\mod 2) \\ 7325 & \equiv 1 & (\mod 4) \\ 7325 & \equiv 5 & (\mod 8) \\ 7325 & \equiv 13 & (\mod 16) \\ 7325 & \equiv 29 & (\mod 32) \\ 7325 & \equiv 29 & (\mod 64) \\ 7325 & \equiv 29 & (\mod 128) \\ 7325 & \equiv 157 & (\mod 256) \\ 7325 & \equiv 157 & (\mod 512) \\ 7325 & \equiv 157 & (\mod 1024) \\ 7325 & \equiv 1181 & (\mod 2048) \\ 7325 & \equiv 3229 & (\mod 4096) \end{aligned}

$\begin{align*} 7325 &\equiv 1 &\pmod{2} \\ 7325 &\equiv 1 &\pmod{4} \\ 7325 &\equiv 5 &\pmod{8} \\ 7325 &\equiv 13 &\pmod{16} \\ 7325 &\equiv 29 &\pmod{32} \\ 7325 &\equiv 29 &\pmod{64} \\ 7325 &\equiv 29 &\pmod{128} \\ 7325 &\equiv 157 &\pmod{256} \\ 7325 &\equiv 157 &\pmod{512} \\ 7325 &\equiv 157 &\pmod{1024} \\ 7325 &\equiv 1181 &\pmod{2048} \\ 7325 &\equiv 3229 &\pmod{4096} \end{align*}$

5, 13, 29, 157 ...

क्या आपने कुछ देखा है? अर्थात् - कुछ संयोग से, 7325 एक "अभाज्य" संख्या है जब दो की किसी भी शक्ति द्वारा विभाजित किया जाता है। यह किसी भी तरह (मुझे समझ में नहीं आता है) इस तथ्य की ओर जाता है कि एक नमूना से एक सरणी को ध्वनि मिश्रण कोड में स्थानांतरित किया जाता है, एक सीमावर्ती मामले को ट्रिगर किया जाता है और यह लटका रहता है।

मैंने इस बग के कारणों की पहचान करने के लिए कम से कम एक दिन बिताया, यह पता लगाने के परिणामस्वरूप कि यह सब एक गलत निर्देश पर आता है । कभी-कभी जीवन में ऐसा होता है, है ना?

जुदाई

मैंने अंततः इस पोर्ट को एक पैच के रूप में पैक किया और इसे मुख्य रॉकबॉक्स शाखा के साथ मिला दिया, जहां यह आज है। रॉकबॉक्स संस्करण 3.15 और बाद में, यह ⁴ रंग डिस्प्ले वाले अधिकांश एआरएम लक्ष्य प्लेटफार्मों के लिए विधानसभाओं में आता है । यदि आपके पास एक समर्थित मंच नहीं है, तो आप डेमो user890104 देख सकते हैं ।

अंतरिक्ष को बचाने के लिए, मैंने कुछ दिलचस्प बिंदुओं को याद किया। उदाहरण के लिए, एक दौड़ की स्थिति है जो केवल तब होती है जब एक मांस मांस के टुकड़ों में टूट जाता है जब नमूना दर 44.1 kHz होती है। (यह ध्वनि प्रवाह को लोड करने की कोशिश कर रहे ध्वनि प्रवाह का परिणाम था - एक विस्फोट, और मांस लोड करने वाले मॉडल को लोड करने की कोशिश करने वाला मॉडल लोडर। कोड के ये दो खंड एक फ़ंक्शन का उपयोग करते हैं जो एक वैश्विक चर का उपयोग करता है।) और बहुत सारी ऑर्डरिंग समस्याएं भी हैं (लव यू, एआरएम! ) और उपकरण से कुछ और फ्रेम निचोड़ने के लिए बनाए गए माइक्रोपोप्टीमेशन के प्रतिपादन का एक गुच्छा। लेकिन मैं उन्हें दूसरी बार छोड़ दूंगा। और अब क्वेक को अलविदा कहने का समय है - मुझे यह अनुभव पसंद आया।

सभी बेहतरीन, और मछली के लिए धन्यवाद!

Duke Nukem 3D , runtime Rockbox SDL, . , user890104.
ARM, Tonc: Whirlwind Tour of ARM Assembly — ( GBA) . , ARM Quick Reference Card.
, 100 .
ईमानदारी से, मुझे याद नहीं है कि कौन से विशिष्ट लक्ष्य प्लेटफ़ॉर्म समर्थन करते हैं और क्वेक का समर्थन नहीं करते हैं। यदि आप उत्सुक हैं, तो रॉकबॉक्स वेबसाइट पर जाएं और अपने प्लेटफॉर्म के लिए बिल्ड स्थापित करने का प्रयास करें । और मुझे मेल पर बताएं क्योंकि यह काम करता है! रॉकबॉक्स उपयोगिता के नए संस्करण (1.4.1 और उससे अधिक) भी क्वेक के शेयरवेयर संस्करण की स्वचालित स्थापना का समर्थन करते हैं।

पोर्टिंग क्विक से iPod क्लासिक