魔改宜家燈泡當主機，玩轉《毀滅戰士》無壓力！網友：遠超我家第一台電腦_風聞

　　賈浩楠 鬍子豪 發自 凹非寺

　　量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

　　這年頭，“萬物皆可《毀滅戰士》”！（Doom）

　　極客們把這款猛男必玩的遊戲移植到五花八門的設備上，iPod Nano、ATM機、示波器、驗孕棒（殼）……

　　現在連燈泡也可以了？

　　一位外國全棧野生鋼鐵俠，直接找來了這隻宜家出品的20美元燈泡：

　　然後Up主買了塊小屏幕，經過一番改造，便成了這樣：

　　看完demo，網友直呼宜家電燈泡已經遠超自己當年的PC。

　　更誇張的是，這台機器的微處理器只有108kB內存。

　　要知道，毀滅戰士的最低系統要求也要8MB內存。

　　甚至有網友還表示**新“摩爾定律”**誕生：

　　大約每兩年就可以將Doom運行的大小減半。

　　遊戲移植“最跨界”

　　之前“驗孕棒玩《毀滅戰士》”大火，國外互聯網上瘋傳。

　　但是，「全棧野生鋼鐵俠」Nicola Wrachien看了技術方案以後表示：這個不夠硬核。

　　所謂“驗孕棒”玩《毀滅戰士》，其實只用了驗孕棒的殼，原有的處理器和屏都被換掉了。

　　鋼鐵俠Nicola表示，要做就做全套。

　　而且定下了《毀滅戰士》跨界“鐵則”：

　　1、必須基於現成的設備，且不是用來玩Doom或一般遊戲的。

　　2、所選擇的設備有一個計算能力和/或內存相當有限的微控制器，否則沒有挑戰性。

　　3、不能添加額外的微控制器。可以超頻，但不能額外加冷卻裝置。

　　但如今電子設備大部分的計算能力都相當高，運行Doom不在話下…老哥環顧四周，發現宜家在售的TRÅDFRI Zigbee燈泡不錯。

　　這款燈泡可以實現自由控制明暗、顏色，其中的微控制器，剛好是Nicola Wrachien工作的美國半導體商芯科科技的產品。

　　Cortex M33處理器，96+12kB的RAM（總共108kB），1MB 的閃存，基頻80MHz 。

　　計算能力肯定夠了，但毀滅戰士的最低系統要求也要8MB內存。

　　所以，優化RAM成為了最關鍵的工作。

　　為了節省RAM，必須犧牲CPU？

　　Nicola的最低目標，是能在108kB內存上運行《毀滅戰士》第一張地圖。

　　隨着優化推進，他發現可以將全部全部地圖運行時的RAM使用量控制在108kb以內，而且包括動態和靜態、堆棧和幀緩衝區。

　　為此，他進行了15項大大小小的優化，這些工作，構成了這次全棧移植《毀滅戰士》到燈泡控制的核心。

　　首先是對Doom代碼本身優化。Doom廣泛使用32位，但其實16位或8位指令就足夠了。

　　其次是枚舉的使用非常頻繁。移植後的Doom沒有使用枚舉數據類型，而是將數據大小修剪為能存儲的最大值。

　　此外，還減少了畫面材質的路徑、繪圖數、和視覺數。因為最後呈現的顯示器像素並不高，所以不會對視覺效果產生負面影響。

　　還有一點最重要的優化：既然如今已經不採用32位指令，而且內存也小於128k，那麼也沒有必要再用32位指針了。

　　遊戲中幾乎所有的指針都指向4字節對齊的結構，這意味着 16 位指針就足夠了。這個策略實際上是為RAM犧牲CPU能力，但處理器0MHz的基頻完全沒有壓力。

　　此外，其餘的優化還包括：

　　遊戲中的對象結構（mobj_t）優化到到92字節，在更復雜的關卡地圖上可以省出很多。靜態對象，如關卡bonus和裝飾品，專門為它們創建了一個靜態mobj類型，將內存需求削減到一半（44字節）。在某些關卡中，有超過200個這樣的對象。節省了超過30kB的內存。

　　對象（mobj_t和static_mobj_t）使用了內存池，動態分配的開銷減少到1字節/對象，而池內只有16個條目。但為了實現這一點，還必須儘可能使用8位或16位數組索引，而不是指針。

　　遊戲中的紋理，比如牆面、地面在遊戲過程中會發生變化，所以它們需要長時間保存在RAM中。但實際遊戲中的紋理數量是非常有限的。因此，單獨創建了數組來存儲可改變的紋理信息，而其他的靜態紋理則從外部閃存中讀取。

　　選用的160×128像素的顯示器本來需要一個20kB的緩衝區，但Nicola選擇首先計算並渲染160×96像素的3D場景，將結果發送到顯示器。然後再繪製遊戲中的狀態欄，發送剩餘的160×32像素。這樣就節省了5個寶貴的KB，卻不影響性能。

　　最後，優化中徹底刪除了佔用16Kb的複合紋理渲染模塊。

　　內存優化達標，實際上是對CPU進行了降頻，此外還禁用了數據緩存，但這也造成出了一個非常嚴重的問題：讀寫速度極其依賴於數據接口，而不是實際的CPU能力。

　　解決辦法是，使用SPI閃存讀取命令來檢索數據，而不是使用內存映射模式。

　　這款處理器的SPI時鐘速率被限制在20MHz，外圍總線速度被限制在50MHz，但實測後發現這個數字是非常保守的，至少在室温下超頻到80MHz完全沒壓力。

　　對遊戲本身搞了“削足適履”式的優化，還對CPU進行了極限超頻，《毀滅戰士》硬核跨界的基礎條件終於具備了，接下來就是硬件DIY部分。

　　如何攢機？

　　怎麼攢出這台“遊戲機”呢？

　　先規劃一下大體結構：

　　連原理圖都給你畫好了：

　　主角是一隻宜家Tradfri GU10 RGB燈泡，確切來説是它的MGM210L模塊。

　　（高端玩家直接用EFR32MG21射頻微控制器，也不是不行。）

　　第一步拆燈，同時也要拆分高壓AC-DC電源和RF模塊+DC-DC轉換器。

　　由於在輸入電壓過低時，R25會使DC-DC轉換器關閉，因此在這裏要把R25移除。

　　接下來，只需將DC-DC和RF板焊接到原型板上，當然還需要留出輸入、輸出、接地電線。

　　然後就來到了佈滿線路的第二塊板。

　　看着頭大？不用擔心，開發者將會開源這一步的PCB設計圖。

　　這塊板上的組件包括SMD元件、邏輯芯片74HC165和8MB閃存IC。

　　如果想要更高質量的音頻，還可以連接一個低通濾波器。由於空間限制，開發者在這裏只留了一個2針接頭。

　　鍵盤部分就清爽多了，一目瞭然：

　　最後，把幾塊板組裝起來，再接上價格友好的TFT 160×128 SPI顯示器，就可以進行編程調試了。

　　需要注意的是，改裝後的設備只支持低於30V的直流電壓供電，不能在交流電源下運行。

　　該設備可以用任何兼容JLink（JTAG調試仿真器）的SWD編程器進行編程。

　　可以使用Silicon Labs的Simplicity Studio V5，對GitHub中給出的源代碼進行編譯。（如果提示出錯，忽略即可）

　　然後將設備通電，設置為YMODEM上傳模式，這一步完成之後就能進入遊戲了。

　　調試完畢之後，把電路板暴力塞回燈座裏……

　　大功告成！

　　開發者還表示，實際顏色其實要比圖片中好得多。

　　目前，全部優化條目和代碼已經開源，直接下載就能使用。

　　參考鏈接：

　　[1]https://www.youtube.com/watch?v=7ybybf4tJWw

　　[2]https://next-hack.com/index.php/2021/06/12/lets-port-doom-to-an-ikea-tradfri-lamp/

　　[3]https://github.com/next-hack/MG21DOOM

　　[4]https://hackaday.io/project/180182-hacking-an-ikea-trdfri-lamp-to-run-doom

　　[5]https://news.ycombinator.com/item?id=27498789

　　[6]https://www.reddit.com/r/programming/comments/nze7lk/doom_running_on_an_ikea_lamp/

　　[7]https://gamesystemrequirements.com/game/doom