Italian community of Lazarus and Free Pascal

Se avete seguito gli articoli precedenti, dovreste avere una vaga idea sul funzionamento della memoria e delle modalità video sul Nintendo DS. Vedremo ora come utilizzare le informazioni apprese fino a questo punto, iniziando a scrivere del codice.

Nel nostro primo esempio inizializzeremo la console in modalità framebuffer, quindi proveremo a disegnare qualcosa sullo schermo. Per prima cosa bisogna aggiungere ctypes e nds9 nella clausola uses: si tratta di due units, la prima contenente alcune definizioni di tipo che possono essere utili nella conversione di codice dal c al Pascal (nota: tutte le informazioni sull'argomento che troverete in rete sono scritte in c/c++), la seconda che ci permette di utilizzare libnds, la libreria per il Nintendo DS.

Nel blocco begin end principale posizioneremo il loop principale del programma; occorre quindi impostare una modalità video: le funzioni dedicate a questo compito sono videoSetMode() per il motore principale e videoSetModeSub() per il motore secondario. Tali funzioni accettano come argomento le definizioni delle varie modalità grafiche, come possiamo vedere nella relativa tabella proposta nell'articolo precedente. Nel nostro caso abbiamo deciso di impostare la modalità framebuffer, mappata direttamente sulla memoria principale. Il passo successivo, probabilmente il più importante, è quello di assegnare della memoria per utilizzarla come framebuffer. Per questo compito possiamo utilizzare diverse funzioni, una per ogni banco di memoria:

procedure vramSetBankA(a: VRAM_A_TYPE);
procedure vramSetBankB(b: VRAM_B_TYPE);
procedure vramSetBankC(c: VRAM_C_TYPE);
procedure vramSetBankD(d: VRAM_D_TYPE);
procedure vramSetBankE(e: VRAM_E_TYPE);
procedure vramSetBankF(f: VRAM_F_TYPE);
procedure vramSetBankG(g: VRAM_G_TYPE);
procedure vramSetBankH(h: VRAM_H_TYPE);
procedure vramSetBankI(i: VRAM_I_TYPE);
function vramSetMainBanks(a: VRAM_A_TYPE; b: VRAM_B_TYPE; c: VRAM_C_TYPE; d: VRAM_D_TYPE)
: cuint32;
procedure vramRestoreMainBanks(vramTemp: cuint32);

Come si può facilmente intuire, le procedure vramSetBankX(...) servono ad impostare il banco specificato dalla lettera X; la funzione vramSetMainBanks(...) invece viene utilizzata per impostare contemporaneamente i banchi A, B, C e D. La particolarità di questa funzione è quella di restituire la configurazione precedente dei banchi A, B, C e D che, eventualmente, potrà essere passata alla funzione vramRestoreMainBanks per ripristinare l'impostazione precedente della memoria video.

I parametri da passare a queste funzioni sono rappresentati dalle locazioni di memoria alle quali vogliamo che il banco punti. Il compito ci viene facilitato ancora una volta dalla libnds tramite una serie di costanti che rappresentano, appunto, le locazioni di memoria che possono essere utilizzate. Un elenco di queste costanti è indicato nelle tabelle dell'articolo sulla gestione della memoria video.

Nel nostro esempio utilizzeremo una modalità framebuffer mappata sulla memoria principale. Il codice dunque sarà:

program demo;

{$mode objfpc}

uses
  ctypes, nds9;

begin
  videoSetMode(MODE_FB0); // imposta la modalità framebuffer
  vramSetBankA(VRAM_A_LCD); // assegna il banco A di memoria video al framebuffer

  while true do;  // loop infinito!
end. 

Compiliamo l'esempio e, lanciando la ROM ottenuta sul NDS o sull'emulatore, potremo ammirare uno splendido... schermo nero! Niente paura, è esattamente quello che abbiamo chiesto alla console. Ora che tutto è stato impostato correttamente possiamo provare a disegnare qualcosa sullo schermo, accedendo direttamente alla memoria video, come se si trattasse di un array:

program demo;
{$mode objfpc}

uses
  ctypes, nds9;

var
  i: integer;

begin
  videoSetMode(MODE_FB0);
  vramSetBankA(VRAM_A_LCD);

  for i := 0 to (256 * 192) - 1 do
    VRAM_A[i] := integer(RGB15(0, 0, i mod 32));

  while true do;  // loop infinito!
end. 

Il loop esegue un ciclo attraverso tutti i pixel dello schermo (il DS ha uno schermo di 256*192 pixel) e assegna una tonalità di blu ad ognuno di essi, scrivendo direttamente sul banco VRAM_A. La funzione RGB15() richiede tre parametri, rispettivamente per la componente rossa, verde e blu del colore che vogliamo ottenere. Ogni valore occupa 5 bit, con valori che vanno da 0 a 31; la funzione trasforma questi tre parametri in un valore di 15 bit, adatto ad essere copiato in memoria.

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

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Per mostrare la grafica sullo schermo, il Nintendo DS utilizza una struttura a strati, chiamati anche layer o background. Il programmatore ha a disposizione un determinato numero di background che possono essere mostrati contemporaneamente su ciascuno dei due schermi, a seconda della modalità grafica impostata. Esistono 5 tipologie differenti di background:

• framebuffer: questo tipo di background è disponibile solo per il motore principale. Dà la possibilità di scavalcare il motore grafico del NDS e di gestire direttamente ogni singolo pixel dello schermo, sul quale viene mappata una regione di memoria. Questa corrispondenza diretta schermo-memoria permette di accedere ai pixel come se si trattasse di un array di 256*192 valori a 16 bit (ogni pixel richiede 2 bytes, per un totale di 96 KB di memoria occupata), ciascun elemento del quale contiene le informazioni di colore del pixel a cui fa riferimento (5 bit per il rosso, 5 per il verde e 5 per il blu; l'ultimo bit non è usato). Questa modalità non permette l'utilizzo contemporaneo degli sprites e viene solitamente utilizzata per mostrare a schermo delle animazioni con la tecnica del double buffering.

• text: viene anche detto tile background, perché è diviso in blocchi di 8x8 pixel, detti tiles (in italiano "mattonelle", "piastrelle", "tessere"), a 16 o 256 colori. La memoria deve essere impostata in modo tale da contenere sia le singole tessere, cioè le immagini grafiche vere e proprie, sia la mappa, cioè lo schema che permette di posizionare correttamente una determinata tessera su di un punto specifico dello schermo. Questo tipo di background supporta un massimo di 64x64 tessere (o 512x512 pixel); le mappe vengono gestite in blocchi di grandezza 32x32, organizzati in zone consecutive di memoria. In tabella sono descritte le varie tipologie di background di tipo text con i relativi defines per impostarle.
  
  Tipologia: BgType_Text4Bpp, BgType_Text8Bpp
  

  PIXELS	MAP SIZE	TILES LAYOUT	DEFINE
  256 x 256	2 kb	32 x 32	BgSize_T_256x256
  256 x 512	4 kb	32 x 64	BgSize_T_256x512
  512 x 256	4 kb	(32 x 32) + (32 x 32)	BgSize_T_512x256
  512 x 512	8 kb	(32 x 32) + (32 x 32) + (32 x 32) + (32 x 32)	BgSize_T_512x512

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• rotation:si tratta di un background a tessere che può essere anche scalato e ruotato; viene spesso chiamato text affine background. Questo tipo di background supporta un massimo di 128x128 tile (1024x1024 pixel) e utilizza mappe a 8 bit. In questo caso, le mappe non vengono gestite a blocchi, ma in maniera sequenziale, come i pixel nel framebuffer.
  
  Tipologia: BgType_Rotation
  

  PIXELS	MAP SIZE	TILES LAYOUT	DEFINE
  128 x 128	256 bytes	16 x 16	BgSize_R_128x128
  256 x 256	1 kb	32 x 32	BgSize_R_256x256
  512 x 512	4 kb	64 x 64	BgSize_R_512x512
  1024 x 1024	16 kb	128 x 128	BgSize_R_1024x1024

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• extended rotation: Detto anche extended affine background, può essere utilizzato come un semplice background di tipo rotation, oppure come background di tipo bitmap, che funziona come un semplice framebuffer, con la differenza sostanziale che può contare sugli effetti hardware gestiti dal motore grafico. Sono supportate immagini bitmap a 8 e a 16 bit, più grandi o più piccole dello schermo, sulle quali è possibile effettuare spostamenti, zoom, rotazioni, direttamente via hardware, tramite l'utilizzo di alcuni registri. Nel caso di utilizzo di immagini a 16 bit, il bit 15 (da ricordare che si comicia a contare da 0!) servirà per impostare la trasparenza.
  
  Tipologia: BgType_ExRotation
  

  PIXELS	MAP SIZE	TILES LAYOUT	DEFINE
  128 x 128	256 bytes	16 x 16	BgSize_R_128x128
  256 x 256	1 kb	32 x 32	BgSize_R_256x256
  512 x 512	4 kb	64 x 64	BgSize_R_512x512
  1024 x 1024	16 kb	128 x 128	BgSize_R_1024x1024

  
  Tipologia: BgType_Bmp8, BgType_Bmp16
  

  PIXELS	MAP SIZE (8bpp)	DEFINE	MAP SIZE (16bpp)	DEFINE
  128 x 128	16 kb	BgSize_B8_128x128	32 kb	BgSize_B16_128x128
  256 x 256	64 kb	BgSize_B8_256x256	128 kb	BgSize_B16_256x256
  512 x 256	128 kb	BgSize_B8_512x256	256 kb	BgSize_B16_512x256
  512 x 512	256 kb	BgSize_B8_512x512	512 kb	BgSize_B16_512x512

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• 3d:Permette di gestire scene 3D direttamente via hardware. La libreria mette a disposizione una serie di funzioni del tutto simili alla libreria 3D OpenGL. Questo background è disponibile solo per il motore principale.

Una cosa importante da sapere è che ognuno dei due motori grafici può mostrare contemporaneamente a schermo un numero massimo di 4 background. Inoltre il motore principale può muovere delle scene 3D, ma solamente sul background 0.

In aggiunta ai layer per i background esiste un ulteriore layer che viene utilizzato per gli sprites, cioè tutte quelle parti grafiche in movimento che sono tipiche dei giochi 2D: si pensi alle navicelle spaziali di Space Invaders oppure ai fantasmini di Pacman. Parleremo più approfonditamente della gestione di questo layer più avanti.

Le modalità grafiche

Come già accennato, lo schermo del Nintendo DS mette a disposizione diverse modalità grafiche di funzionamento, ognuna delle quali dotata di una differente combinazione di background.

Nella tabella seguente sono schematizzate tutte le modalità grafiche, con le tipologia di background disponibili e il motore (main o sub) con il quale si possono utilizzare.

Come si è già accennato, la modalità 3D è disponibile nativamente solo sul motore principale e solo sul background 0; inoltre è possibile attivare il 3D in ogni modalità video, eccezion fatta per la modalità framebuffer. Utilizzando degli artifici è possibile visualizzare delle scene tridimensionali su entrambi gli schermi, ma al costo di un dimezzamento del frame rate.

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

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

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