Retro Game Dev

Desenvolvendo para o PlayStation em 2024

Lucas S. Vieira
19 de outubro de 2024

UaiDev Talks 2024

Quem sou eu?

Desenvolvedor na Workalove EdTech

Interesses: Ciência cognitiva, teoria da computação, desenvolvimento de linguagens, desenvolvimento de jogos, programação bare-metal

Co-fundador da Common Lisp Brasil
lisp.com.br

luksamuk
https://luksamuk.codes/
luksamuk

Visão Geral

História do PlayStation
Ferramentas e kits de desenvolvimento
Visão geral do hardware
Pipeline de gráficos
Exemplo de código
Homebrews e links úteis

Esta apresentação tem links interativos! QR Code ao final.

História do PlayStation

Figura: Ken Kutaragi e o Sony PlayStation

Antes do Super Nintendo…

Sony: Ken Kutaragi
S-SMP: Sound Chip do SNES

Antes do PlayStation…

Quarta geração de consoles (1987)

Sega Genesis / Sega Mega Drive (1989)
Super Nintendo / Super Famicom (1991)

3D já era uma realidade em filmes e simulações, e até em alguns jogos (principalmente em arcades).

Exemplo: StarFox (SNES, 1993)

Parceria Sony x Nintendo

Nintendo Super Disc / Nintendo Play Station
Cartuchos de SNES + CD-ROMs
- Apenas a Sony poderia produzir os CD-ROMs!
Nintendo "trai" a Sony e fecha parceria com a Phillips

Quinta geração de consoles (1993)

Consoles de 32-bits que introduziam o CD-ROM como mídia física*.

Objetivo: Colocar milhares de polígonos na tela – 3D!

Sega Saturn (1994)
Sony PlayStation (1994)
Nintendo 64 (1996)

*Exceto o Nintendo 64.

Sonic R (Sega Saturn), Crash Bandicoot (Sony PlayStation) e The Legend of Zelda: Ocarina of Time (Nintendo 64).

Ferramentas e kits de desenvolvimento

Toolchain legacy

Plataforma: Windows XP / Windows 98

Linguagem C
Psy-Q + ccpsx (DJGPP modificado)
Editor de sua escolha
Várias ferramentas de apoio (TIMTOOL, MC32, etc)

Figura: Kit de desenvolvimento oficial do PS1.

Net Yaroze (ネットやろうぜ, Netto Yarōze)

Promoção da Sony para atrair hobbyistas / indie devs. Incluía um PlayStation para desenvolvimento, cabo serial, Psy-Q SDK, guias de desenvolvimento e de hardware…

Figura: Sony Net Yaroze com o SDK.

Toolchain nova

Plataforma: Windows 11 / Linux

Linguagem C
Psy-Q + Nugget + GCC-MIPSEL
Extensão PSX.Dev (VSCode)

Figura: Dashboard da extensão PSX.Dev para VSCode.

Toolchains alternativas

PSn00bSDK (C + ASM)
PsyQo + EASTL (C++)
Assembly puro (armips)

Hardware

Figura: Placa-mãe de um PlayStation modelo SCPH-1000.

CPU

LSI Logic MIPS R3000A 32-bit (RISC) @ 33.86 MHz
Co-processadores:
- Cop0: System Control (cache, interrupções…)
- Cop2: Geometry Transformation Engine (GTE)
MDEC: Motion Decoder (DSP para decodificar vídeo)

AO LADO: Dieshot do CXD8530Q (primeira revisão), tirado da apresentação do Ken Kutaragi na Hot Chips '99.

Fonte: PlayStation Dev Wiki

A especificação das CPUs MIPS 32-bit possuía um co-processador Cop1 para float, e um D-Cache para acesso à RAM.

O PlayStation 1 não possui nenhum dos dois.

Solução: fixed-points e scratchpad.

Memória RAM

2 MB de memória EDO (Extended Data Out)
Acesso LIVRE (você não terá segmentation faults)
- Mas pode ter exceções de hardware

GPU

GPU: SCPH-9000 (Toshiba)
- Responsável pela rasterização
- Apenas rasterização 2D!
VRAM: 1 MB

Jogo: Spider-Man (PSX). Tente notar os artefatos (polygon jittering, z-fighting, t-junctions…)

Outras estruturas

SPU (Sound Processing Unit) (Sony)
- 16-bit, estéreo ou mono
- Formato ADPCM, 24 canais
- Envelope ADSR
- SRAM: 512 KB DRAM
CD-ROM
- DSP controlador de motor e laser
- Sistema de arquivos ISO 9660 (Yellow Book)
- Suporta CD-DA (Red Book), CD-ROM XA

Gráficos

Fonte: PlayStation Hardware Reference

Entendendo o Frame Buffer

Color depth: 24bpp, 15bpp ou usando CLUTs (4bpp ou 8bpp).
Dividido em texture pages (TPAGEs).
Comporta o double buffer da tela.
Comporta texturas (tam. máx.: 256x256, precisão de 1 byte)
Polígonos suportam gouraud shading…

O que é Gouraud shading?

Henri Gouraud, 1971
Interpolação contínua de cores, pode simular luz

Esfera low-poly com reflexão especular.

Banjo, personagem de Banjo-Kazooie, como visto no Nintendo 64.

Exemplo de código

Figura: Detalhe do Psy-Q SDK.

Cubo Gouraud-shaded (Psy-Q / C)

Passo 1: Definir os vértices e a ordem deles para cada triângulo:

// NOTA: 64 = 0.015625
// (note que 4096 = 1.0)
SVECTOR vertices[] = {
    { -64, -64, -64 },
    {  64, -64, -64 },
    {  64, -64,  64 },
    { -64, -64,  64 },
    { -64,  64, -64 },
    {  64,  64, -64 },
    {  64,  64,  64 },
    { -64,  64,  64 }
};

short faces[] = {
    0, 3, 2, // top
    0, 2, 1,
    4, 0, 1, // front
    4, 1, 5,
    7, 4, 5, // bottom
    7, 5, 6,
    5, 1, 2, // right
    5, 2, 6,
    2, 3, 7, // back
    2, 7, 6,
    0, 4, 7, // left
    0, 7, 3
};

Passo 2: Popular a matriz do mundo com rotação, translação e escala

static SVECTOR rotation    = {0, 0, 0};   // manipulado via código
static VECTOR  translation = {0, 0, 700}; // 0.4375
static VECTOR  scale       = {ONE, ONE, ONE};
static MATRIX  world       = {0};

// Populate world matrix with rotation, translation,
// scale values
RotMatrix(&rotation, &world);
TransMatrix(&world, &translation);
ScaleMatrix(&world, &scale);

// Sets world matrix to be used by the GTE for rotation
// and translation
SetRotMatrix(&world);
SetTransMatrix(&world);

Passo 3: Para cada triângulo, transformar seus vértices e transformá-los em pontos 2D:

for(i = 0; i < NUM_FACES * 3; i += 3) {
    POLY_G3 *poly = (POLY_G3*)nextprim;
    setPolyG3(poly);
    setRGB0(poly, 255, 0, 255);
    setRGB1(poly, 255, 255, 0);
    setRGB2(poly, 0, 255, 255);
    nclip = RotAverageNclip3(
        &vertices[faces[i + 0]],
        &vertices[faces[i + 1]],
        &vertices[faces[i + 2]],
        (long*)&poly->x0,
        (long*)&poly->x1,
        (long*)&poly->x2,
        &p, &otz, &flg);
    // ...
}

Passo 4: Verificar se a primitiva deveria estar sendo desenhada na tela (normal clipping) e colocá-la na ordering table (lista de primitivas):

for(i = 0; i < NUM_FACES * 3; i += 3) {
    // ...
    if(nclip <= 0) continue;

    if((otz > 0) && (otz < OT_LENGTH)) {
        addPrim(ot[currbuff][otz], poly);
        nextprim += sizeof(POLY_G3);
    }
}

Passo 5: Esperar vsync; desenhar quadro anterior; realizar sorting dos polígonos.

DrawSync(0);
VSync(0);

PutDispEnv(
    &screen.disp[currbuff]);
PutDrawEnv(
    &screen.draw[currbuff]);

DrawOTag(
    ot[currbuff] +
    OT_LENGTH - 1);