吟寻事儿：用FPGA开发板来做硬件模拟游戏机？
作为一名Retro Gamer（复古经典游戏玩家），我一直都很喜欢重新在摩登设备上，重温古老但非常好玩的经典游戏（现代游戏我也玩，但大多是守望先锋这样的电竞类网游），比如街机、SFC、GBA等经典主机、掌机上的老游戏，但其实相比玩游戏本身，我可能更多是在折腾“玩模拟游戏的硬件”这件事上，最主要便是安装了模拟器的第一方掌机、或者开源掌机，以及SBC这样的产品，但这些硬件设备本质上，其实都是通过软件模拟的方式实现玩经典游戏的，但到最近，我发现了其实还可以用FPGA开发板来做到硬件级模拟复古游戏机。
首先这个FPGA，即现场可编程门阵列，个人理解是可灵活定制和修改运行逻辑的集成电路芯片（高人可指教解释更准确的定义），其实PC DIY玩家们，对FPGA最大的印象，应该都是Intel在多年前了收购全球最大的FPGA制造商Altera，用于加大投入到做IoT和AI领域，而FPGA本身也是更多用在生产、机器人的特定行业的设备开发和制造，我们普通消费者平时都不会直接接触到，当然这里不是在讲FPGA是什么和有什么用之类的，而是讲FPGA来硬件模拟复古游戏这件事。
相比软件模拟，硬件模拟可以做接近于原来真机一样的游戏运行表现。其实在速度上，由于如今电脑、手机，甚至SBC的硬件性能都已经远远高于那些古董级的游戏主机，用来跑软件模拟游戏的帧数还是足够的，但原机是涵括了CPU、内存、显示、音频芯片等在内的整套系统，通过编程代码的形式，来让不同架构、设计的现代化硬件，来模拟旧主机的这些硬件特性，除了会耗费大量的硬件，还会存在游戏兼容性（特别是一些有add-on芯片的游戏），画面显示撕裂或不准确的缺陷问题。
特别是原机的声音部分，由于各种经典游戏机用了各种特制的音频芯片，现代硬件想要还原原声，需要非常复杂的编程来解决，但开发模拟器的程序员大多都是自己兴趣爱好，一般难以有投入时间精力去作极致的优化开发，能做到没杂音、听个响就很不错了，但这些兼容性、准确性的问题，在FPGA的硬件模拟上就要容易解决很多了，因为FPGA本身可以通过定制编程来复制（replication）原机芯片的运行逻辑，达到与原来相同的效率和效果。
而且FPGA的硬件模拟，还可以解决用原机或者开源硬件来玩经典游戏的两大问题。第一个是显示输出，因为经典游戏机年代久远，原机用的都是RF、AV、分量那种旧式的模拟信号显示输出，原机需要通过采集卡或者魔改芯片，才能连接到现代采用HDMI数字显示的电视机或者显示器上，这带来一点显示延迟，也不够“原味”，第二就是输入延迟，在软件模拟器，经典游戏机的控制器输入其实都是通过代码转换模拟输入，所以在Raspberry Pi这样的SBC开源硬件上，玩经典游戏会有一定的输入延迟，虽然数字上只是毫秒级，但一些技术高超的硬核，或者童年肌肉记忆深刻的玩家，始终觉得那些控制操作与原机的手感有明显差别。
所以FPGA硬件模拟游戏机这样的产品，在Retro Gamer圈子里面，一直都是奉为神器，目前实际的商用产品，比较知名的就是Analogue了，他们的Mega SG和Super Nt便是基于FPGA芯片，来硬件模拟回世嘉MD，以及任天堂的SFC两大经典电视主机，实际运行效果获得一众Retro Gamer、老游戏玩家的好评，誉为最佳的模拟游戏主机，但它们售价不菲（190美元），而且也不容易买到（Super Nt已经买不到了）。
现在还有另外一个选择，便是用FPGA开发板来自己做一台硬件模拟游戏机了。国外有位非常棒的开发者做了个MiSTer项目，可以让一块DE10-Nano开发板，硬件模拟Commodore 64、Apple II、SNEC、Magadrive、GBA等在内超多的古董个人电脑、游戏机，而这块开发板上用的FPGA是来自Intel的Cyclone系列V SE，据说这是与Analogue用的同款，所以从YouTube对这块开发板和MiSTer的测试，评价运行效果非常逼近真机的表现，让人心动。
当然这块DE10-Nano开发板本意并非是用来做模拟游戏机的，它来自Terasic出品，这其实是一家国内的公司，名为友晶科技，在他们官网便有提供这块开发板销售，但那是非常传统的电邮联系下订单的方式，而在淘宝也是有得卖，价格同样为1170元，但如果可以提供教师证、学生证的话，可以买到便宜不少，只要990元的教育版，虽然也不便宜，但综合考虑的话，这个要比Analogue的主机划算很多，可玩性也更高。
与大多数人一样，我没学过集成电路、数字编程之类的相关内容，但看过MiSTer的教程介绍，其实折腾起来并不难，因为Mister提供了基本上是plug-and-play的教程，所以软件部分的操作是比较容易，把编程文件镜像拷进去一站MicroSD，再插回开发板里面就行了，而硬件部分除了那块开发板，还可以加上一些扩展子板，包括有SDRAM、RTC、I/O和USB Hub，都开放了PCB图纸给大家自己DIY，其中SDRAM子板是原作者推荐的子板，因为据他介绍，DE10-Nano虽然内置有DDR3内存，但一些经典主机用的是很古老的EDO RAM，用同样比较古老的SDRAM来模拟会效果更好。
目前我还没有入手这块DE10-Nano开发板，主要是还想研究下SDRAM、I/O子板怎样弄出来，所以还没有实物体验测试一番，这里只是分享有那么一件好玩的事告知给大家，但如果你也对此很感兴趣，可以访问MiSTer在Github上的Wiki页面摸索下，或者在YouTube上也有不少相关的视频可以参考。