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In questo articolo affronteremo uno degli argomenti più ostici per chi si avvicina per la prima volta alla programmazione del Nintendo DS: la gestione della memoria video.
La console adotta un sistema di gestione della memoria davvero flessibile: essa mette a disposizione 656 KB di memoria video (VRAM) suddivisi in 9 banchi di dimensioni differenti, identificati con le prime nove lettere dell'alfabeto (A, B, C, D, E, F, G, H e I), che possono essere utilizzati per contenere dati di diversi tipi (sfondi, sprites, palette, mappe, etc...).

All'avvio della console i banchi di memoria non sono assegnati; è compito del programmatore stabilirne la designazione, a seconda dell'uso che se ne farà. In linea di massima, i banchi posso essere assegnati sia al motore grafico principale che a quello secondario (alcuni banchi possono essere assegnati ad un motore soltanto), fino a una quantità massima di 512 KB per motore, come dalla tabella seguente:

Mappatura dei banchi di memoria
VRAMCNT A (128K) B (128K) C (128K) D (128K) E (64K) F (16K) G (16K) H (32K) I (16K)
$4000240 $4000241 $4000242 $4000243 $4000244 $4000245 $4000246 $4000248 $4000249
LCD mode 128K 128K 128K 128K 64K 16K 16K 32K 16K
Main BG-VRAM
(max 512K)
128K 128K 128K 128K 64K 16K 16K - -
Main OBJ-VRAM
(max 256K)
128K 128K - - 64K 16K 16K - -
Sub BG-VRAM
(max 128K)
- - 128K - - - - 32K 16K
Sub OBJ-VRAM
(max 128K)
- - - 128K - - - - 16K
Main BG Extended Palette - - - - 32K (*) 16K 16K - -
Main OBJ Extended Palette - - - - - 16K 16K - -
Sub BG Extended Palette - - - - - - - 32K -
Sub OBJ Extended Palette - - - - - - - - 8K (*)
Texture/Rear-plane 128K 128K 128K 128K - - - - -
Texture Palette - - - - 64K 16K 16K - -
ARM7 CPU Access - - 128K 128K - - - - -
(*) E' utilizzata solo la prima metà del banco


Piccola digressione: come è noto, la console è dotata di due schermi; sono presenti quindi due "motori" 2d, uno principale e uno secondario, che possono essere assegnati all'uno o all'altro schermo. I due motori non hanno caratteristiche identiche; il principale è leggermente più potente e può disporre di risorse maggiori. Altra cosa da tenere bene a mente è che la VRAM richiede che l'accesso in lettura e scrittura avvenga 16 bit per volta; ciò comporta che, per modificare - ad esempio - il contenuto del primo byte della memoria video, dovremo leggere i primi 2 bytes (cioè la prima halfword), modificare il valore del primo byte, quindi riscrivere in memoria la halfword appena modificata. Vedremo più avanti un esempio su come effettuare questa operazione.

Le tabelle seguenti mostrano invece le costanti utilizzate per la designazione dei diversi banchi e i loro possibili utilizzi:


Banco
VRAM/VRAM_A
Registro
VRAM_A_CR
Dimensione
128 KB


LCD mode VRAM_A_LCD
Main BG-VRAM VRAM_A_MAIN_BG_0x06000000 = VRAM_A_MAIN_BG
VRAM_A_MAIN_BG_0x06020000
VRAM_A_MAIN_BG_0x06040000
VRAM_A_MAIN_BG_0x06060000
Main OBJ-VRAM VRAM_A_MAIN_SPRITE_0x06400000 = VRAM_A_MAIN_SPRITE
VRAM_A_MAIN_SPRITE_0x06420000
Texture VRAM_A_TEXTURE_SLOT0 = VRAM_A_TEXTURE
VRAM_A_TEXTURE_SLOT1
VRAM_A_TEXTURE_SLOT2
VRAM_A_TEXTURE_SLOT3


Banco
VRAM_B
Registro
VRAM_B_CR
Dimensione
128 KB


LCD mode VRAM_B_LCD
Main BG-VRAM VRAM_B_MAIN_BG_0x06000000
VRAM_B_MAIN_BG_0x06020000 = VRAM_B_MAIN_BG
VRAM_B_MAIN_BG_0x06040000
VRAM_B_MAIN_BG_0x06060000
Main OBJ-VRAM VRAM_B_MAIN_SPRITE
VRAM_B_MAIN_SPRITE_0x06420000 = VRAM_B_MAIN_SPRITE
Texture VRAM_B_TEXTURE_SLOT0
VRAM_B_TEXTURE_SLOT1 = VRAM_B_TEXTURE
VRAM_B_TEXTURE_SLOT2
VRAM_B_TEXTURE_SLOT3


Banco
VRAM_C
Registro
VRAM_C_CR
Dimensione
128 KB


LCD mode VRAM_C_LCD
Main BG-VRAM VRAM_C_MAIN_BG_0x06000000
VRAM_C_MAIN_BG_0x06020000
VRAM_C_MAIN_BG_0x06040000 = VRAM_C_MAIN_BG
VRAM_C_MAIN_BG_0x06060000
Sub BG-VRAM VRAM_C_SUB_BG_0x06200000 = VRAM_C_SUB_BG
Texture VRAM_C_TEXTURE_SLOT0
VRAM_C_TEXTURE_SLOT1
VRAM_C_TEXTURE_SLOT2 = VRAM_C_TEXTURE
VRAM_C_TEXTURE_SLOT3 
ARM7 CPU Access VRAM_C_ARM7_0x06000000 = VRAM_C_ARM7
VRAM_C_ARM7_0x06020000


Banco
VRAM_D
Registro
VRAM_D_CR
Dimensione
128 KB


LCD mode VRAM_D_LCD
Main BG-VRAM VRAM_D_MAIN_BG_0x06000000
VRAM_D_MAIN_BG_0x06020000
VRAM_D_MAIN_BG_0x06040000
VRAM_D_MAIN_BG_0x06060000 = VRAM_D_MAIN_BG
Sub Obj-VRAM VRAM_D_SUB_SPRITE
Texture VRAM_D_TEXTURE_SLOT0
VRAM_D_TEXTURE_SLOT1
VRAM_D_TEXTURE_SLOT2
VRAM_D_TEXTURE_SLOT3 = VRAM_D_TEXTURE 
ARM7 CPU Access VRAM_D_ARM7_0x06000000
VRAM_D_ARM7_0x06020000 = VRAM_D_ARM7


Banco
VRAM_E
Registro
VRAM_E_CR
Dimensione
64 KB


LCD mode VRAM_E_LCD
Main BG-VRAM VRAM_E_MAIN_BG
Main Obj-VRAM VRAM_E_MAIN_SPRITE
Main BG Extended Palette
VRAM_E_BG_EXT_PALETTE 
Texture VRAM_E_TEX_PALETTE


Banco
VRAM_F
Registro
VRAM_F_CR
Dimensione
16 KB


LCD mode VRAM_F_LCD
Main BG-VRAM VRAM_F_MAIN_BG_0x06000000 = VRAM_F_MAIN_BG
VRAM_F_MAIN_BG_0x06004000
VRAM_F_MAIN_BG_0x06010000
VRAM_F_MAIN_BG_0x06014000
Main Obj-VRAM VRAM_F_MAIN_SPRITE_0x06400000 = VRAM_F_MAIN_SPRITE
VRAM_F_MAIN_SPRITE_0x06404000
VRAM_F_MAIN_SPRITE_0x06410000
VRAM_F_MAIN_SPRITE_0x06414000
Main BG Extended Palette VRAM_F_BG_EXT_PALETTE
VRAM_F_BG_EXT_PALETTE_SLOT01
VRAM_F_BG_EXT_PALETTE_SLOT23
Main OBJ Extended Palette VRAM_F_SPRITE_EXT_PALETTE 
Texture Palette VRAM_F_TEX_PALETTE


Banco
VRAM_G
Registro
VRAM_G_CR
Dimensione
16 KB


LCD mode VRAM_G_LCD
Main BG-VRAM VRAM_G_MAIN_BG_0x06000000 = VRAM_G_MAIN_BG
VRAM_G_MAIN_BG_0x06004000
VRAM_G_MAIN_BG_0x06010000
VRAM_G_MAIN_BG_0x06014000
Main Obj-VRAM VRAM_G_MAIN_SPRITE_0x06400000 = VRAM_G_MAIN_SPRITE
VRAM_G_MAIN_SPRITE_0x06404000
VRAM_G_MAIN_SPRITE_0x06410000
VRAM_G_MAIN_SPRITE_0x06414000
Main BG Extended Palette VRAM_G_BG_EXT_PALETTE
VRAM_G_BG_EXT_PALETTE_SLOT01
VRAM_G_BG_EXT_PALETTE_SLOT23
Main OBJ Extended Palette VRAM_G_SPRITE_EXT_PALETTE
Texture Palette VRAM_G_TEX_PALETTE


Banco
VRAM_H
Registro
VRAM_H_CR
Dimensione
32 KB


LCD mode VRAM_H_LCD
Sub BG-VRAM VRAM_H_SUB_BG
Sub BG Extended Palette VRAM_H_SUB_BG_EXT_PALETTE


Banco
VRAM_I
Registro
VRAM_I_CR
Dimensione
16 KB


LCD mode VRAM_I_LCD
Sub BG-VRAM VRAM_I_SUB_BG_0x06208000
Sub Obj-VRAM VRAM_I_SUB_SPRITE
Sub Obj Extended Palette VRAM_I_SUB_SPRITE_EXT_PALETTE


Si noti che uno stesso banco di memoria, ad esempio il banco VRAM_A, oltre ad avere delle costanti diverse a seconda della tipologia di utilizzo (VRAM_A_LCD per la modalità framebuffer, VRAM_A_BG per i background, VRAM_A_SPRITE per gli sprite, ecc.), presenta le stesse costanti con degli "strani" valori associati:

VRAM_A_BG_0x06000000
VRAM_A_BG_0x06020000
VRAM_A_BG_0x06040000
VRAM_A_BG_0x06060000

La loro presenza è presto spiegata: i banchi di memoria vengono mappati su una zona virtuale di memoria che parte dall'indirizzo $06000000; d'altra parte essi hanno anche dimensioni differenti. Occorre quindi prestare attenzione che due o più banchi non vadano ad occupare la stessa zona di memoria; i diversi tipi di costante indicano il punto di partenza del banco ($06000000, $06020000, $06040000 o $06060000) e servono appunto per "spostare più in là" un banco, per evitare che "pesti i piedi" ad un altro banco di VRAM. Senza stare ad impazzire più di tanto, esiste un utilissimo sito che mette a disposizione un'applicazione web che ci aiuterà ad impostare correttamente la mappatura dei banchi di memoria.


Basi per tiles, bitmap e mappe
Il motore 2d del Nintendo DS è organizzato in modo tale da sfruttare la memoria video a disposizione in due modi differenti: o per la visualizzazione di bitmap, o per la visualizzazione di tiles, che vengono ricomposte a video tramite mappe. Questo concetto è valido sia per gli sfondi, sia - con leggere differenze, come vedremo - per gli sprites, e si riflette nell'organizzazione dei banchi di memoria, che sono suddivisi internamente in blocchi, detti basi. Di conseguenza le basi possono essere di tre tipologie differenti:

  • basi di tipo char (o tile) Massimo 16 basi, ognuna di 16 KB, utilizzate per immagazzinare tiles
  • basi di tipo bmp Massimo 16 basi, ognuna di 16 KB, utilizzate per immagazzinare sfondi di tipo bitmap
  • basi di tipo map Massimo 32 basi, ognuna di 2 KB, utilizzate per immagazzinare le mappe per gli sfondi a tiles

L'aspetto interessante è rappresentato dal fatto che le 16 basi di tipo bmp condividono la stessa locazione di memoria delle 16 basi di tipo char; a loro volta, le 32 basi di tipo map condividono la stessa locazione di memoria con le prime 4 basi di tipo bmp o char.
Per questo motivo il programmatore deve prestare la massima attenzione ad eventuali sovrapposizioni (overlapping), che potrebbero causare strani errori nella visualizzazione delle immagini sullo schermo. Anche in questo caso ci viene in aiuto il sito visto in precedenza, con un'ulteriore applicazione web che aiuta ad impostare correttamente le basi. L'immagine mostra una schematizzazione delle basi di memoria e delle loro possibili sovrapposizioni.


Per commenti e chiarimenti: http://www.lazaruspascal.it/index.php?topic=78.0


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