Raspberry Pi Emülatör Seti Nasıl Çalışır?
Raspberry Pi emülatör kiti, belirli donanım bileşenlerini klasik oyun donanımını taklit eden emülasyon yazılımıyla birleştirerek tek-kartlı bilgisayarı çok-konsollu bir oyun sistemine dönüştürür. Sistem farklı katmanlar aracılığıyla çalışır-fiziksel donanım, eski oyun kodunu Pi'nin yürütebileceği talimatlara çeviren emülasyon yazılımını barındıran bir Linux işletim sistemini çalıştırır.
Kit genellikle Raspberry Pi kartının kendisini, RetroPie gibi emülasyon yazılımıyla önceden-yüklenmiş bir microSD kartı, bir güç kaynağını, denetleyicileri ve genellikle soğutma bileşenlerini içeren bir kasayı içerir. Sistemi açtığınızda, ROM dosyaları olarak saklanan oyunlara göz atmanızı ve oyunları başlatmanızı sağlayan grafiksel bir arayüz olan EmulationStation'a önyükleme yapar.
Üç-Katmanlı Mimari
Bu kitlerin nasıl çalıştığını anlamak, her biri belirli işlevleri yerine getiren birbirine bağlı üç katmana bakmayı gerektirir.
Donanım Katmanı: Temel
Altta fiziksel Raspberry Pi kartı-en yaygın olarak Pi 4 Model B veya daha yeni Pi 5 bulunur. Pi 4, 2 GB ila 8 GB LPDDR4 RAM ile eşleştirilmiş, 1,8 GHz hızında çalışan bir Broadcom BCM2711 dört çekirdekli ARM Cortex-A72 işlemciye sahiptir. Pi 5, 2,4 GHz Cortex-A76 çekirdekleri ve gelişmiş grafik işleme özelliğiyle çıtayı yükseltiyor.
Bu donanım önemlidir çünkü emülasyon hesaplama açısından pahalıdır. Pi'nin tamamen farklı işlemci mimarilerini gerçek zamanlı olarak simüle etmesi gerekiyor-. Örneğin bir Super Nintendo, 16-bit Ricoh 5A22 işlemci kullanıyordu; Pi'nin bu çipin ne yapacağını hesaplaması ve ardından sonuçları kendi grafik hattı aracılığıyla oluşturması gerekiyordu.
VideoCore GPU, grafik oluşturmayı yönetir. Pi 4'te 500 MHz'de çalışırken Pi 5'in yeni VideoCore VII GPU'su 800 MHz'e ulaşıyor. Bu GPU hızlandırması akıcı bir oyun deneyimi için kritik öneme sahiptir. Bu olmadan ARM CPU, özellikle Nintendo 64 veya PlayStation gibi 3D- özellikli sistemlerde tutarlı kare hızlarını korumakta zorlanırdı.
Depolama, genellikle 32 GB ila 128 GB arası microSD kartlarla sağlanır. Oyun ROM'ları (kartuş verilerinin dijital kopyaları) burada işletim sisteminin yanında bulunur. Daha hızlı UHS-I veya UHS-II dereceli kartlar, yükleme sürelerini iyileştirir ve oyun sırasında takılmayı azaltır.
Yazılım Katmanı: Emülasyon Yığını
Donanımın üzerinde Raspberry Pi OS'nin değiştirilmiş bir sürümü (Debian Linux tabanlı) çalışır. Bu hafif işletim sistemi, kaynak yükünü en aza indirirken emülasyon yazılımının temelini sağlar.
Çoğu kit, retro oyunlar için gereken her şeyi bir araya getiren bir yazılım dağıtımı olan RetroPie'yi kullanır. RetroPie'ın kendisi bir emülatör değildir-birlikte çalışan araçlardan oluşan bir koleksiyondur. Özünde, birden fazla emülasyon çekirdeği için birleşik bir arayüz sağlayan bir "ön uç" olan RetroArch bulunur.
Bu çekirdekler gerçek emülatörlerdir. Her çekirdek belirli bir oyun sistemini taklit eder. Örneğin SNES9x çekirdeği Super Nintendo donanımını taklit ederken PCSX ReARMed PlayStation oyunlarını yönetiyor. RetroArch, seçtiğiniz oyuna bağlı olarak uygun çekirdeği yükler, ardından denetleyici girişlerini iletir ve ses/video çıkışını yönetir.
Bileşenler arasındaki ilişki şuna benzer: EmulationStation (gördüğünüz menü) → RetroArch (emülasyon çerçevesi) → Bireysel çekirdekler (sisteme-özel emülatörler) → Oyunlarınız (ROM dosyaları).
Bir oyun seçtiğinizde EmulationStation, RetroArch'a hangi çekirdeğin yükleneceğini ve hangi ROM dosyasının çalıştırılacağını söyler. RetroArch bu çekirdeği başlatır, oyun verilerini yükler ve öykünme sürecini başlatır. Denetleyici girişleriniz RetroArch'ın giriş sistemi aracılığıyla çekirdeğin beklediği formata çevrilir.
Arayüz Katmanı: Kullanılabilir Hale Getirme
EmulationStation görsel menü sistemini sağlar. ROM dizinlerinizi tarar, konsola göre düzenlenmiş oyun listelerini görüntüler ve kutu resmini veya ekran görüntülerini gösterir (eğer kazıma özelliği aracılığıyla meta verileri indirdiyseniz). Navigasyon bir oyun kumandası veya klavye kullanır-fareye gerek yoktur.
Yapılandırma iç içe menüler aracılığıyla gerçekleşir. Video ayarlarını düzenleyebilir, kontrolleri-sisteme veya-oyuna göre yeniden eşleyebilir, hileleri etkinleştirebilir veya ağ özelliklerini yapılandırabilirsiniz. Kısayol tuşu sistemi, bu seçeneklere oyunun ortasında -bir düğme kombinasyonuna basarak (genellikle RetroArch menüsünü açmak için Seç+Başlat) erişmenizi sağlar.
Bu katmanlı tasarım, her şeyi yeniden inşa etmeden tek tek bileşenleri değiştirebileceğiniz anlamına gelir. Farklı bir SNES emülatörü ister misiniz? Farklı bir çekirdek takın. Farklı bir arayüz mü tercih ediyorsunuz? RetroArch'ı korurken EmulationStation'ı değiştirin. Daha fazla güce mi ihtiyacınız var? Pi modelinizi yükseltin ve microSD kartınızı aktarın.
Öykünme Gerçekte Nasıl Olur?
Bir oyunu başlattığınızda milisaniyeler içinde birçok işlem gerçekleşir. Emülatör çekirdeği ROM dosyasını belleğe yükler, oyunun kodunu ve varlıklarını anlamak için yapısını ayrıştırır ve ardından talimatları yürütmeye başlar.
Gerçek-zamanlı çeviri en önemli zorluktur. Orijinal konsolun CPU'su, Pi'nin ARM işlemcisinden farklı bir talimat seti konuşuyordu. Emülatörün, orijinal donanımdaki her talimatı yorumlaması, ne yapması gerektiğini bulması ve ardından Pi üzerinde eşdeğer işlemleri yürütmesi gerekir.
Bu yorum ek yük yaratır. Bir SNES talimatının doğru bir şekilde simüle edilmesi için 10 veya 20 ARM talimatı gerekebilir. Bunu, oyun sırasında saniyede işlenen milyonlarca talimatla çarptığınızda, öykünmenin neden önemli miktarda işlem gücü gerektirdiğini anlarsınız.
Bazı optimizasyonlar yardımcı olur. Dinamik yeniden derleme (dynarec), orijinal kod bloklarını anında ARM koduna-{-çevirir ve sonuçları yeniden kullanım için önbelleğe alır. Bu, her talimatı ayrı ayrı yorumlamaktan çok daha hızlıdır. PCSX ReARMed gibi iyi-optimize edilmiş çekirdekler dynarec'i yoğun bir şekilde kullanır; bu nedenle PlayStation emülasyonu, konsolun göreceli karmaşıklığına rağmen Pi üzerinde sorunsuz bir şekilde çalışır.
Grafik emülasyonu paralel bir yol izler. Orijinal konsollarda belirli yeteneklere sahip özel grafik yongaları vardı:-hareketli işleme, arka plan katmanları, özel efektler. Emülatörün bunları yazılımda yeniden oluşturması, ardından sonuçları OpenGL ES kullanarak Pi'nin GPU'su aracılığıyla oluşturması gerekir. GPU hızlandırmanın kritik hale geldiği yer burasıdır; yazılım işleme tek başına daha zorlu sistemler için 60 FPS'yi koruyamaz.
Ses de benzer zorluklar sunar. Emülatör, ses çipinin davranışını simüle ederek orijinal donanımın çıkışıyla eşleşen dalga formları üretir. Bu ses akışı daha sonra Pi'nin ses alt sistemi üzerinden (ister HDMI ses, ister kulaklık girişi, ister Bluetooth olsun) kablosuz hoparlörlere beslenir.
Performans Sınırları
Tüm sistemler eşit derecede iyi taklit etmez. Pi 4, 8-bit ve 16 bit konsolları mükemmel şekilde yönetir; NES, SNES, Genesis, Game Boy'un tümü tam hızda ve doğrulukla çalışır. PlayStation 1 oyunları çoğunlukla iyi çalışıyor ancak bazı oyunlar karmaşık sahnelerde yavaşlama gösteriyor.
Nintendo 64 emülasyonu performans duvarlarına çarpıyor. Bu sistemin mimarisinin güçlü bilgisayarlarda bile doğru şekilde taklit edilmesinin oldukça zor olduğu biliniyordu. Pi 4, bazı N64 oyunlarını azaltılmış doğruluk ayarlarıyla oynanabilir hızlarda çalıştırabilir, ancak Rogue Squadron gibi zorlu oyunlar hala değişkendir. Pi 5'in geliştirilmiş özellikleri, daha iyi N64 uyumluluğu raporlarıyla burada yardımcı oluyor, ancak yine de mükemmel değil.
Dreamcast emülasyonu, Redream emülatörünü kullanarak Pi 5'te umut vaat ediyor. PlayStation 2, GameCube ve Wii büyük ölçüde erişilemez durumda-bu sistemler Pi'nin yetenekleri için fazlasıyla karmaşık. Çoklu-işlemcili mimarileri ve gelişmiş grafikleri, Pi 5'in bile tutarlı bir şekilde sağlayamayacağı kadar önemli bir beygir gücü gerektirir.
Tom's Hardware tarafından yapılan testlere göre, Pi 4'teki zorlu PlayStation oyunlarında kare hızları gözle görülür şekilde düşebiliyor ve dövüş oyunlarında düğmeye basıldığında takılmalar görülüyor. Pi 4'teki son kıyaslamalar, özellikle 2D ve daha az zorlu 3D oyunlar için uygun şekilde optimize edilmiş başlıklarla sorunsuz performans sergiliyor.
Pi 5 ölçülebilir iyileştirmeler getiriyor. Bağımsız testler, Pi 5'in Game Boy Advance, N64, Dreamcast ve PSP emülasyonunu önceki modellere kıyasla gelişmiş tutarlılıkla yönettiğini gösteriyor. NUMA emülasyonu gibi mühendislik optimizasyonları, Pi 5'te çoklu-çekirdek performansını %18'e kadar artırabilir, ancak bu tür ince ayarlar, tipik kullanıcı yapılandırmalarının ötesinde çekirdek değişiklikleri gerektirir.
Denetleyici Çeviri Sistemi
Denetleyici desteği, sıklıkla yanlış anlaşıldığından özel ilgiyi hak ediyor. RetroPie'yi ilk başlattığınızda, her bir düğmeye-D-tuş yönlerine, yüz düğmelerine, omuz düğmelerine, başlat/seçime ve bir "kısayol tuşu etkinleştirme" düğmesine basarak bir denetleyici yapılandırmanızı ister.
Bu ilk yapılandırma, fiziksel denetleyicinizi EmulationStation'ın menü sistemiyle eşleştirir ve RetroArch için bir temel profil oluşturur. RetroArch daha sonra bu profile dayalı olarak her emülatör çekirdeği için otomatik olarak denetleyici yapılandırmaları oluşturur.
Ancak iş burada ilginçleşiyor: farklı konsolların farklı düğme düzenleri vardı. Bir SNES denetleyicisinde dört yüz düğmesi ve iki omuz düğmesi vardı. Bir PlayStation denetleyicisi iki omuz düğmesi ve analog çubuk daha ekledi. Bir Genesis denetleyicisinde başlangıçta yalnızca üç yüz düğmesi vardı.
RetroArch'ın denetleyici soyutlama katmanı, modern denetleyicinizin düğmelerini orijinal sistemin beklediği şekilde eşleştirir. Yalnızca 4 düğme kullanan bir NES oyununu oynamak için 16 düğmeli bir PlayStation DualShock 4 kullanıyorsanız RetroArch, bunları kaydetme durumları veya hızlı ileri sarma gibi emülatör işlevleriyle özel olarak eşlemediğiniz sürece ekstra girişleri yok sayar.
Oyun başına-yeniden eşleme mümkündür. Belirli bir oyun varsayılan eşlemede garip geliyorsa, oyun sırasında RetroArch menüsüne girebilir ve kontrolleri yalnızca o oyun için yeniden yapılandırabilirsiniz. Değişiklikler otomatik olarak kaydedilir.
USB denetleyicileri, ilk yapılandırmanın ardından tak-ve-çalıştırarak çalışır. Bluetooth denetleyicileri, RetroPie'nin keşif ve bağlantı aşamalarından geçen Bluetooth kurulum menüsü aracılığıyla eşleştirme gerektirir. Eşleştirildikten sonra Bluetooth denetleyicileri önyükleme sırasında otomatik olarak yeniden bağlanır.
Depolama ve Dosya Yönetimi
MicroSD kartın yapısı basittir ancak anlaşılması önemlidir. /boot bölümü Linux çekirdeğini ve önyükleme yapılandırma dosyalarını içerir. Ana bölüm işletim sistemini, RetroPie yazılımını ve ROM'larınızı içerir.
ROM dosyaları /home/pi/RetroPie/roms/ konumunda bulunur ve her sistem için alt dizinler bulunur-nes/, snes/, psx/ vb. EmulationStation başlangıçta bu dizinleri tarar ve bulduğu her şeyi görüntüler.
ROM'ları Pi'ye almak birkaç yolla gerçekleşir. USB yöntemi en basitidir: FAT32 formatlı bir flash sürücüde retropie adında bir klasör oluşturun, bunu Pi'ye takın, klasör yapısını oluştururken bir dakika bekleyin, ardından onu kaldırın ve ROM'ları bilgisayarınızdaki uygun konsol klasörlerine kopyalayın. Tekrar Pi'ye takın, aktarımı bekleyin ve yeniden başlatın.
Ağ aktarımı Samba (Windows dosya paylaşımı) aracılığıyla çalışır. Ağınızdaki başka bir bilgisayardan \\\\retropie'ye erişebilir ve ROM klasörlerini doğrudan görebilirsiniz. Dosyaları gerektiği gibi sürükleyip bırakın, ardından oyun listelerini yenilemek için EmulationStation'ı yeniden başlatın.
Bazı sistemler, doğru emülasyon için gereken orijinal donanımdan gelen BIOS dosyalarının- ikili kodunu gerektirir. Örneğin PlayStation emülasyonu için PS1 BIOS'a ihtiyaç vardır. Bu dosyalar /home/pi/RetroPie/BIOS/ dizinine gider. Onlar olmadan birçok oyun yüklenmez.
Kaydetme durumları,-oyun içi kaydetmelerden farklıdır. -Oyun içi kayıtlar, ROM'un kayıt verileri içinde depolanan, orijinal donanımda olduğu gibi çalışır. Kaydetme durumları, herhangi bir anda tüm sistem durumunun anlık görüntüsünü alan emülatör özellikleridir. Hiçbir zaman kaydetme işlevi olmayan oyunlarda bile bunları anında kaydedip yükleyebilirsiniz. RetroArch bunları /home/pi/RetroPie/retroarch/states/ dizininde saklar.
Güç ve Termal Yönetim
Güç dağıtımı performansı birçok kişinin düşündüğünden daha fazla etkiler. Pi 4, 5V/3A (15W) güç kaynağı gerektirir; Pi 5'in, özellikle zorlu emülasyonla kararlı çalışması için 5V/5A'ye (25W) ihtiyacı vardır. Yetersiz güç, kısıtlamaya neden olur-sistem, kararsızlığı önlemek için saat hızını otomatik olarak azaltır, bu da oyun sırasında yavaşlamaya neden olur.
Pi'nin geleneksel anlamda bir güç düğmesi yoktur. Gücü prize takmak onu açar. Düzgün bir şekilde kapatmak, EmulationStation'ın menüsünü kullanarak gücü kesmeden önce temiz bir kapatma gerçekleştiren "Kapatma Sistemi" seçeneğinin seçilmesini gerektirir. Çalışan bir Pi'nin fişini çekmek, microSD kartınızın bozulmasına yol açabilir.
Uzun süreli oyun seanslarında ısı bir faktör haline gelir. Pi 4, yük altında önemli miktarda ısı üretir ve testler, yeterli soğutma olmadan termal daralmanın meydana gelebileceğini gösterir. Yerleşik fanlara veya soğutuculara-sahip kasalar bunu engeller. Pi 5, artan performansı nedeniyle daha da sıcak çalışır ve tutarlı emülasyon için aktif soğutmayı neredeyse zorunlu hale getirir.
Hız aşırtma, daha iyi performans için Pi'yi standart hızlarının ötesine iter. Bu hem güç çekişini hem de ısı çıkışını artırır. Pi 5'teki SDRAM zamanlamalarında yapılan son optimizasyonlar, standart saat hızlarında %10-20 hız artışı elde etti; dikkatli hız aşırtma, 3,2 GHz'de %32'ye varan kazanımlara ulaştı. Bu tür değişiklikler yeterli soğutma gerektirir ve kararsızlık riski taşır.
Alternatif Emülasyon Platformları
RetroPie hakim olsa da farklı felsefelere sahip alternatifler mevcut. Recalbox, daha fazla otomasyon ancak daha az özelleştirme ile kullanım kolaylığına öncelik verir. Lakka, LibreELEC'i temel alarak{2}}hafif, konsol benzeri bir deneyim sunuyor. Batocera, kapsamlı platform desteği ve{4}yerleşik oyun akışı yetenekleri sağlar.
Pi 5'teki son platform karşılaştırmaları, Batocera'nın 8-oyuncu kontrol cihazı yapılandırmasıyla sağlam çoklu-konsol desteği sunduğunu, Lakka'nın ise PlayStation'dan ilham alan bir arayüzle basit emülasyonda üstün olduğunu gösteriyor. Her platform, basitlik ve esneklik arasında farklı tercihler yapar.
Temel mimari platformlar arasında benzer kalır:{0}}Linux tabanı, RetroArch çerçevesi, birden fazla emülatör çekirdeği. Farklılıklar arayüz tasarımında, içerdiği özelliklerde ve konfigürasyon yaklaşımlarında yatmaktadır. Daha fazla kontrol arayan kullanıcılar RetroPie'yi tercih ederken, tak-ve-çalıştır basitliğini isteyenler Recalbox'ı tercih edebilir.
İşler Çalışmadığında
Performans sorunları genellikle birkaç ortak kaynaktan kaynaklanır. Yetersiz güçteki sarf malzemeleri rastgele çökmelere veya yavaşlamaya neden olur. Yavaş microSD kartlar, seviye yüklemeleri sırasında takılmalara neden olur. Aşırı ısınma, ani kare düşüşleri olarak ortaya çıkan kısıtlamayı tetikler.
Belirli bir oyun yüklenmezse, bunun sorumlusu genellikle yanlış ROM formatlarıdır. Farklı emülatör çekirdekleri farklı dosya formatlarını destekler. PlayStation oyunları .bin/.cue, .chd veya .pbp biçimlerinde olabilir-tüm çekirdekler tüm biçimleri okumaz. Çekirdeğin belgelerini kontrol etmek, çekirdeğin hangi formatları beklediğini ortaya çıkarır.
Bazı oyunlar belirli emülatör çekirdekleri gerektirir. Neo Geo oyunlarının çalışması için hem oyun ROM'una hem de Neo Geo BIOS dosyasına ihtiyaç vardır. Arcade ROM'lar, emülatörün beklediği MAME sürümüyle eşleşmelidir-; MAME 0.78 için tasarlanmış ve MAME 2003 Plus ile tasarlanmış bir ROM seti kullanıldığında işe yaramaz.
Denetleyici sorunları genellikle kısayol tuşu yapılandırmasından kaynaklanır. Oyunlarda düğmeler yanıt vermiyorsa bunun nedeni genellikle kısayol tuşu etkinleştirme düğmesine aynı anda basılmasıdır, bu da RetroArch'ı oyuna girişleri iletmek yerine emülatör komutlarını bekleyen bir moda sokar.
Sıkça Sorulan Sorular
Emülasyon için herhangi bir Raspberry Pi modelini kullanabilir miyim?
Herhangi bir Pi teknik olarak çalışsa da, en az 2 GB RAM'e sahip Pi 4, çoğu sistemde iyi performans için pratik minimum değerdir. Önceki modeller 8 bitlik konsolların ötesindeki her şeyle mücadele ediyordu. Pi Zero, NES/Game Boy döneminin ötesindeki sistemlerin rahat bir şekilde emülasyonu için fazlasıyla zayıf.
Emülatör kitlerini yasal olarak kullanmak için orijinal oyun kartuşlarına ihtiyacım var mı?
ROM'larla ilgili telif hakkı yasaları yargı yetkisine göre değişir. En güvenli yaklaşım, yalnızca kişisel olarak fiziksel kopyalarına sahip olduğunuz oyunları kullanmaktır; ancak uygulama ve yasal açıklık bölgeye göre önemli ölçüde farklılık gösterir. RetroPie telif hakkıyla korunan hiçbir içerik içermez-kendi oyun dosyalarınızı sağlamanız gerekir.
İlk kurulumdan sonra oyun ekleyebilir miyim?
Evet, USB aktarımını veya ağ dosya paylaşımını kullanarak ROM eklemek kolaydır. ROM dosyalarını /home/pi/RetroPie/roms/ içindeki uygun konsol klasörüne yerleştirin, ardından oyun listesini yenilemek için EmulationStation'ı yeniden başlatın.
Ne kadar depolama alanına ihtiyacım var?
32 GB'lık bir microSD kart, yüzlerce 8-bit ve 16 bitlik oyunu barındırır. PlayStation ve N64 oyunları daha fazla yer kaplar; PS1 oyunu başına yaklaşık 500 MB, N64 oyunları için 10-50 MB. 64 GB'lık bir kart, birden fazla sistemdeki çeşitlilik içeren bir kitaplık için konforlu bir alan sağlar.
Komple Sisteme Bakış
Raspberry Pi emülatör kitlerinin zarafeti, nispeten basit bileşenlerin yetenekli bir retro oyun çözümünde nasıl bir araya getirildiğinden kaynaklanmaktadır. Pi'nin ARM işlemcisi emülasyon için tasarlanmamıştır, ancak akıllı yazılım mühendisliği ve donanım optimizasyonu yoluyla tamamen farklı mimariler kullanan sistemlerden oyun deneyimlerini yeniden yaratır.
Modüler yapı, sistemin aşamalı olarak gelişmesi anlamına gelir. Düzenli olarak daha iyi emülatör çekirdekleri ortaya çıkıyor ve doğruluk veya performans artıyor. Firmware güncellemeleri Pi'nin yeteneklerini geliştirir. Tek tek bileşenleri (daha hızlı bir microSD kart, daha güçlü bir Pi modeli, farklı denetleyiciler-baştan başlamadan yükseltebilirsiniz.
Bu kitleri yalnızca kullanmak yerine anlamak isteyen biri için temel fikir, öykünmenin, her biri aynı şeyin farklı temsilleri arasında çeviri yapan birden fazla soyutlama katmanını içermesidir. Oyun, orijinal donanımı üzerinde çalıştığını düşünüyor ancak aslında kendisi tamamen farklı bir fiziksel donanım üzerinde çalışan bu donanımı simüle eden bir yazılım üzerinde çalışıyor. Raspberry Pi'nin yeterli işlem gücü, onlarca yıldır geliştirilen açık-kaynak emülasyon yazılımıyla birleştiğinde, bu çeviriyi gerçek-oyun için yeterince hızlı hale getirir.
Uygun fiyatlı donanım ve olgun yazılımın bu kombinasyonu, "sadece bir Pi alın" fikrinin neden retro oyun meraklıları için yaygın bir tavsiye haline geldiğini açıklıyor. Mükemmel olmasa da-bazı sistemler yeteneklerinin ötesinde kalsa da-Pi, klasik oyunları korumak ve keyfini çıkarmak için maliyet, performans ve erişilebilirlik arasında dikkate değer bir denge kurar.