Вечер в Музее. Аппаратные эмуляторы — вторая жизнь ретрокомпьютеров

[GreyWolf]

Вечер в Яндекс музее. Аппаратные эмуляторы — вторая жизнь ретрокомпьютеров и игровых приставок

Ретрокомпьютеры и игровые приставки становятся всё популярнее! Однако некоторым машинам больше 40 лет, и их количество неизбежно сокращается. Возродить исчезающие платформы можно с помощью аппаратной эмуляции.

На встрече мы рассмотрим архитектурные особенности популярных компьютеров 70-х — начала 90-х годов, обсудим современные методы аппаратной эмуляции и способы построения и отладки реплик ретрокомпьютеров с использованием интегральных микросхем программируемой логики (ПЛИС). Эта лекция Максима Власова будет интересна и профессионалам, и любителям в области микроэлектроники и системного программирования. А также — энтузиастам и всем, кто делает первые шаги в самостоятельной постройке компьютеров

https://museum.yandex.ru/event/emulators_7august

[Advertiser]

[GreyWolf]

Загрузил запись вечера на VK

[Titus]

Не могу согласиться с определением, что одно из основных отличий программного эмулятора и аппаратного, что на программном обязательно будут какие-то дискретности, лаги, подергивания и т.д. Это все зависит исключительно от качества эмулятора и особенностей железа, на котором он реализован. Единственное его отличие - это то, что он параллельные процессы делает последовательно, и поэтому раздает железу их пакетами. Для конечного пользователя это может совершенно не быть заметным. Любой современный монитор тоже работает пакетами и с задержкой относительно CRT. Да и потактово точно программный эмулятор может эмулировать систему запросто. Все зависит от разработчика.

[MaxisMSX]

Не могу согласиться с определением, что одно из основных отличий программного эмулятора и аппаратного, что на программном обязательно будут какие-то дискретности, лаги, подергивания и т.д. Это все зависит исключительно от качества эмулятора и особенностей железа, на котором он реализован. Единственное его отличие - это то, что он параллельные процессы делает последовательно, и поэтому раздает железу их пакетами. Для конечного пользователя это может совершенно не быть заметным. Любой современный монитор тоже работает пакетами и с задержкой относительно CRT. Да и потактово точно программный эмулятор может эмулировать систему запросто. Все зависит от разработчика.

Добрый день! Лекция была из разряда научно-популярных. Поэтому в упрощённом виде рассказал про разницу. Действительно, программный эмулятор с оптимальным распределением процессов может тоже обеспечить потактовую эмуляцию. Вопрос в частоте тактов. Для ретрокомпов эта частота не превышает 50 МГц. По ограничениям, при аппаратной эмуляции ограничений не меньше. Например, доступ эмулятора к динамической внешней памяти ломает все модели, т.к. не хватает прокачки для эмуляуции полной асинхронности. Использовать столько асинхронных между собой банков, сколько на эмулируемом компьютере сложно, так как, например, в аркадах может применяться отдельная память и на спрайты, и на фон, и на видео аттрибуты. А внутренней памяти ПЛИС на всё не хватает.
Об этом рассказал бы по-подробнее, но совсем не было времени. И, кстати, на примере многих платформ на сегодня некоторые софтверные эмуляторы поддерживаются лучше и обеспечивают более точную эмуляцию (openMSX лучше OneChipMSX - более точно эмулируется диаграмма обращения V9938/58 к видео ОЗУ).
Сравнивая затраты по времени, например, разработка контроллера SDRAM для моего аппаратного эмулятора 9958 - 100 часов. Для софтверного OpenMSX - scheduler - примерно 60 часов.

Но! Если эмулировать более быстрое железо, то паралеллизм аппаратного эмулятора однозначно возьмёт верх (и CUDA не поможет), ПМСМ.

[Titus]

Но! Если эмулировать более быстрое железо, то паралеллизм аппаратного эмулятора однозначно возьмёт верх (и CUDA не поможет), ПМСМ.

Мы тут ретрокомпьютерщики скорее, а не ретроприставочники, поэтому у нас запросы поменьше, всякие Спектрумы, УКНЦ и т.д. Да даже если и Амига - все это вполне возможно эмулировать потактово точно в программных эмуляторах на современных машинках, я думаю.

[^m00h^]

Amiga с ppc так себе эмулируется программно, тут все же без железа не обойтись, когда уже процы будут 0.5 нм и с ии, тогда возможно да, лет через 10-20, а интереса похоже уже не будет.

[MaxisMSX]

Потактовая точность эмулятора - это еще и возможность (даже теоретическая) заместить оригинальную микросхему эмулятором. Предположим у нас есть супер шустрый микроконтроллер, на ARM64 на 3 ГГц. Вытаскиваем Агнус, Дениз, или, даже Лизу из платы и вставляем эмулятор в оригинальную плату. С PC/XT получилось еле-еле. А в этом случае? Нужно, чтобы время отклика, Tsetup/Thold на входе и Tdelay на выходе совпадали с оригиналом.
Думаю, будет очень сложно эмулировать железо.

- - - Добавлено - - -

[Titus]

Потактовая точность эмулятора - это еще и возможность (даже теоретическая) заместить оригинальную микросхему эмулятором.

Для меня потактовая эмуляция - это прежде всего возможность не держать для эмуляции любимых платформ всякие сторонние железяки на FPGA, а иметь просто компьютер, и на нем запускать и играться) Удобно и комфортно)

- - - Добавлено - - -

Другой вопрос, что потактово точных эмуляторов сейчас практически нет.
Потому что для этого нужен реверс всех чипов и желание программиста написать потактово точную эмуляцию.
От Спектрума реверса нет (реверс Z80 в процессе причесывания).
От УКНЦ реверс всех чипов есть, но потактового эмулятора еще никто не написал.
И т.д.

Кстати, сложность программного эмулятора еще и в том, что нужен не просто реверс чипов, а полное понимание их работы. Тогда как в FPGA можно просто засунуть реверс, даже не понимая всех нюансов его работы.
Понятно, что вариант, когда программно тупо симулируется работа вентилей описанная на Верилоге - это в эмулятор не засунешь, будет сверхмедленно на современных машинах.

[MaxisMSX]

Для меня потактовая эмуляция - это прежде всего возможность не держать для эмуляции любимых платформ всякие сторонние железяки на FPGA, а иметь просто компьютер, и на нем запускать и играться) Удобно и комфортно)

- - - Добавлено - - -

От Спектрума реверса нет (реверс Z80 в процессе причесывания).

Кстати, сложность программного эмулятора еще и в том, что нужен не просто реверс чипов, а полное понимание их работы. Тогда как в FPGA можно просто засунуть реверс, даже не понимая всех нюансов его работы.
Понятно, что вариант, когда программно тупо симулируется работа вентилей описанная на Верилоге - это в эмулятор не засунешь, будет сверхмедленно на современных машинах.

T80 проходит тест ZEXALL. Т.е. это уже почти 100% эквивалент. Во время встречи как раз говорил про то, что ранние процессоры основывались на динамическом дизайне и двухфазном тактовом сигнале. Даже, если он вырабатывается внутри, не все процессы происходят от нарастающей кромки входного тактового сигнала. Поэтому здесь главное понять как правильно эмулировать. Ещё одна проблема - внутренние шины с 3 состоянием. Сейчас такие методы невозможно применить, т.к. нет современных ПЛИС с подобной архитектурой, да и подобный дизайн не синтезируется. Т.е. netlist всё равно необходимо адаптировать.
Тем не менее, реверс на системном уровне лучше программный, т.к. можно более-менее быстро разобраться, как все работает.

В идеале нужно отличное понимание того, как работает сабж для реверса (документация, системный анализ, тесты, анализ топологии).
Для этого необходим аппаратно-программный эмулятор, чтоб модель эмулируемого объекта можно было сначала отладить в софте, а затем формально перенести в железо (про это тоже рассказывал на Вечере).
По любому, реверс занимает наибольшее количество времени (не только базовая модель, но и все баги оригинального дизайна, а их хватает).

[Titus]

Тем не менее, реверс на системном уровне лучше программный, т.к. можно более-менее быстро разобраться, как все работает.

Не понимаю, что такое 'реверс на системном уровне'.

Реверс - это только восстановление схемы по кристаллу. И ничего другого.

- - - Добавлено - - -

T80 проходит тест ZEXALL. Т.е. это уже почти 100% эквивалент.

Это еще не показатель. Близко к 100% функционально, это не 100%.