DIY: Emulator Teil 1: Research

Dies ist eine deutsche Neuauflage meiner How-To-Make-An-Emulator-Serie, Teil 1.
Im originalen (englischen) Artikel ist ein ziemliches Chaos, da ich mich nicht wirklich für eine Entwicklungsumgebung entscheiden konnte. Nun habe ich JavaScript gewählt und werde auch dabei bleiben.

In diesem Artikel betreiben wir erstmal ein bisschen Forschung.

[EDIT]: Ich bin ein autodidaktischer Programmierer und habe Spass daran, Dinge selbst herauszufinden oder nachzuprogrammieren (Theorie zu Praxis, nicht einfach Code kopieren ;) ). Ich habe erst mal ein bisschen komplexere Artikel geschrieben um die Grafik aufzubauen. Das wurden dann schon ein paar Artikel, und bei diesen habe ich alles "selbst erfunden". Beim Emulator-Code selbst werde ich höchstwahrscheinlich einfach die zuunterst verlinkten Artikel ins Deutsche übersetzen.

Da schon nur der Grafikaufbau in mehrere Artikel ausgeartet ist, werde ich versuchen, eine etwas andere Nummerierung zu bewerkstelligen:

[EDIT] Ich habe nun das ganze Chaos aus den veröffentlichten Artikeln heraus genommen.
Grund: Es war in jeder Version zu langsam auf Standard-Laptops. Ich versuche dies nun mit Shadern zu bewerkstelligen. Bitte warten...

Mit Nummern versehen sind die Artikel, welche sich mit dem Aufbau des Grundgerüstes befassen, welches "extern" benötigt wird um den Emulator ("intern") anzuzeigen und zu bedienen. Die Grafik und das Basisgerüst werden in Teil 2 und allen zugehörigen Artikeln abgehandelt, also Teil 2.1_1, 2.1_2, 2.1_3, sowie Anpassungen 1 und Demo 1.

Mit Buchstaben versehen sind die Artikel, welche sich mit dem jeweiligen Emulator selbst befassen,
zum Beispiel [TODO] Gameboy A: Die CPU, Gameboy B: ...

Du findest alle Artikel zu dieser Serie auf dieser Seite.

Was ist ein Emulator?

Ein Emulator ist eine Software, welche eine bestimmte Hardware A auf einer anderen Hardware B simuliert, so dass man die Software, welche für Hardware A konzipiert wurde, auch auf System/Hardware B laufen lassen kann.

Die geläufigsten Emulatoren sind Konsolen-Emulatoren, welche zum Beispiel den Super-Nintendo auf einem PC emulieren. Es gibt aber auch für jegliche andere Hardware Emulatoren. Von einfachsten Chips bis zu den grössten Superrechnern kann man alles emulieren - wenn man genug (Rechen-)Zeit hat.

Ich habe einst einen Sega Master System Emulator, den ein Freund geschrieben hat, mit einer besseren graphischen Ausgabe beschert. Seine Software hat das Bild direkt in einem ganz kleinen Fensterchen auf dem Bildschirm ausgegeben. Ich habe dann eine 3D-Bibliothek mit einem Texturrenderer benutzt, um zu skalieren und verschiedene Filter darüber zu legen.
Leider habe ich den Sourcecode verloren.

Hier ist der Emulator für deine Befreudigung:
SMSEmu (homeserver) (direkter Download)
SMSEmu (OneDrive)

Dieser englische Artikel bietet gute Grundlagen.
http://fms.komkon.org/EMUL8/HOWTO.html

Zuerst möchte ich das Sega Master System emulieren, doch zuallererst muss eine Basis-Engine geschrieben werden mit der Grafikausgabe und weiterem. Die Grafik wird in Part 2 herbeiprogrammiert.

Diese ROMs (Spielkassetten-Dateien) sind für das Sega Master System. Sie dürfen jedoch nicht mit deinem Produkt ausgeliefert werden. Das wäre illegal. Ich biete sie hier nur an, damit man etwas zum testen des Codes hat.
SMSRoms.zip (homeserver) (direkter Download)
SMSRoms.zip (OneDrive)

Theoretische Überlegungen

Mein Ziel ist immer noch ein Multi-Purpose-(Konsolen-)Emulator, welcher aufgrund des geladenen ROMs entscheidet, welche Hardware dafür vorgesehen ist, und diese dann emuliert. Du könntest dann ROMs von jeder unterstützten Plattform in den selben Ordner kopieren und einfach das Spiel spielen, ohne dich um die Plattform-Auswahl kümmern zu müssen.

Der Emulator liefert ein Array mit Pixeldaten, die dann dargestellt werden können wie wir uns es wünschen. Somit ist es eigentlich egal, welche Engine man benutzt. Hauptsache man kann damit irgendwie Pixel rendern. Nachdem ich nun einige Zeit PixiJS benutzt habe, will ich es mal damit versuchen. Damit kann man wirklich schöne Sachen machen.

Fakten sammeln

Um einen Emulator zu bauen, muss man natürlich die zu emulierende Hardware kennen. Dazu gibt es meistens Dokumente, die aufzeigen, wie sie funktioniert. Dann muss man diese Hardware in Software nachbauen.

Ich möchte das Sega Master System (SMS) zuerst machen. Der oben genannte Freund gab mir dazu diesen Link, wovon er das oberste Dokument empfahl, welches er selbst gebraucht hat.

http://www.smspower.org/Development/Documents

Dieses Dokument hier gibt mehr Informationen als alle anderen:

http://www.smspower.org/uploads/Development/richard.txt

Der Gameboy wäre jedoch hier besser geeignet, da jemand schon einen JS GameBoy-Emulator geschrieben hat: 

http://imrannazar.com/GameBoy-Emulation-in-JavaScript

Ich werde mich vorerst nach diesem Tutorial richten.

Doch darum kümmern wir uns, wenn die Grund-Engine steht.

Anders als im oben verlinkten Artikel, werden wir zuerst die Grund-Engine bereit stellen, in der dann alle Emulatoren ausgeführt werden können. Dies wird dort "erst" ab Kapitel 5 [gar nicht(?)] abgehandelt und ich möchte dir nicht die Entscheidung der Wahl deiner zu emulierenden Hardware abnehmen, nur weil das Grundgerüst erst "später" gemacht wird.

Im Grundgerüst wird der Bildschirm aufgebaut und gezeichnet, sowie der Sound ausgegeben.

[edit 2019] Ehm sorry aber ehm.. ich nehm trotzdem Unity und C# weil man jetzt endlich (gratis) auf der Textur herum zeichnen kann, also...

Weiter gehts mit:
[edit 2019] DIY: Emulator Teil 2: Setup Basisgerüst (UNITY) (GRAPHIK)
oder der alte Artikel:

DIY: Emulator Teil 2: Setup Basisgerüst (JavaScript)

Oder direkt mit: [TODO] Gameboy A: Die CPU