为Game Boy创建游戏

几周前，我决定为Game Boy开发一款游戏，该游戏的创作给了我极大的乐趣。 它的工作名称是Aqua和Ashes。 该游戏是开源的，并发布在GitHub上 。

我是怎么想到这个主意的

我最近得到了一份实习职位，为我大学的网站创建了PHP和Python后端。 这是一部出色而有趣的作品，对此我深表感谢。 但是...与此同时，所有这些高级Web开发代码都使我充满了无限的欲望。 这是对使用位进行低级工作的渴望。

我每周收到有关游戏卡纸的itch.io摘要，其中宣布了Mini Jam 4的发布。 这是一个48小时（实际上，实际上更大）的卡纸，其局限性在于以Game Boy风格创建图形。 我的第一个逻辑反应是为Game Boy创建一款自制游戏。 卡纸的主题是“季节”和“火焰”。

在考虑了可以在48小时内实现并符合主题限制的情节和机制后，我想出了一个新的解释级别的克隆，该版本来自1993年SNES游戏Tiny Toon Adventures：Buster Busts Loose！，其中扮演Baster的玩家扮演了美式足球。


我一直喜欢这个级别的创造者如何进行一项极为复杂的运动，并摆脱了所有的花样，位置和战略元素，从而获得了一个非常有趣且轻松的游戏。 显然，对美式足球的这种简化观点将不会取代Madden，就像NBA Jam（一个类似的想法：在比常规游戏更直接的比赛方式更小得多的领域中只有4名球员）不会取代2K系列。 但是这个想法具有一定的魅力，NBA Jam的销售数字证实了这一点。

这一切与我的想法有什么关系？ 我决定改成这种足球水平，使其与原始足球相似，同时又新鲜。 首先，我将比赛人数减少到只有四名球员-一名防守者和一名进攻者。 这主要是由于硬件的限制而完成的，但与此同时，它使我可以尝试使用更智能的AI进行一些试验，而不仅限于在SNES上玩游戏“左走有时跳”的原则。

为了与该主题保持一致，我将用燃烧的柱子，篝火或类似的东西（我尚未决定）以及带有火把和水桶的足球代替大门。 赢家将是控制两个篝火的团队，围绕这个简单的概念，您可以轻松地得出一个情节。 还考虑了季节：我决定每个转弯季节都会改变，以便消防队在夏天获得优势，而消防队在冬天获得优势。 这种优势看起来像是在场上的障碍物，只会干扰对方的球队。

当然，当创建两个团队时，需要两只爱而又不喜欢火的动物。 起初，我想到了火蚁和一些水虫，螳螂等，但是研究了这个问题之后，我发现冬天没有任何昆虫活跃，所以我用极地狐狸和壁虎代替了它们。 极地狐狸喜欢下雪，壁虎喜欢躺在阳光下，所以一切似乎合乎逻辑。 最后，它只是Game Boy的一款游戏。

另外，如果仍然无法理解的话，到卡纸结束时，游戏还没有接近完成。 无论如何，这仍然很有趣。

游戏男孩训练

首先，您需要确定需求。 我决定为DMG（Game Boy模型的内部名称，Dot Matrix Game的缩写）写作。 主要是为了满足游戏卡纸的要求，也因为我真的很想。 就个人而言，我从来没有玩过DMG游戏（尽管有数款Game Boy Color游戏），但是我发现2位美学对于实验来说是一个非常不错且有趣的局限性。 也许我会为SGB和CGB添加其他颜色，但是到目前为止我还没有考虑过。

我还决定使用带32K ROM +无RAM的盒带，以防万一我想创建游戏的物理副本。 CatSkull已发行了几款Game Boy游戏，例如Sheep it Up !， 并出售非常便宜的32千字节闪存盒，对我来说是完美的。 这是另一个额外的限制，但是我认为在不久的将来我不能通过这种简单的游戏克服32K的音量。 最困难的事情将是图形，如果一切都非常糟糕，那么我将尝试对其进行压缩。

至于Game Boy的工作，那么一切都很复杂。 但是，老实说，在我必须使用的所有复古式控制台中，Game Boy是最令人愉快的。 我从AssemblyDigest的作者开始撰写了出色的教程 （至少是第一次，因为它从未完成），因此非常不错 。 我知道最好用ASM编写，但是有时可能会很痛苦，因为硬件不是为C设计的，而且我不确定教程中提到的炫酷语言Wiz是否适合长期使用。 另外，我这样做主要是因为我可以使用ASM。

检查提交8c0a4ea

首先要做的是让Game Boy启动。 如果未在$104的偏移量处找到Nintendo徽标，并且标头的其余部分配置不正确，则Game Boy设备将假定墨盒插入不正确，并且将拒绝加载墨盒。 解决此问题非常简单，因为已经编写了许多有关此问题的教程。 这是我解决标题问题的方法。 没有什么值得特别注意的。

加载后执行有意义的操作将更加困难。 使系统进入无限繁忙的周期非常简单，在该周期中，它会一遍又一遍地运行一行代码。 代码执行从标签main开始（跳转到地址$100表示），因此您需要在其中插入一些简单的代码。 例如：

 main: .loop: halt jr .loop 

它完全不做任何事情，只是等待中断开始，然后返回到.loop标签。 （此后，我将省略对ASM的详细描述。如果您感到困惑， 请查看我使用的汇编器文档 。）您可能很好奇为什么我不返回main标签。 这是因为我希望.loop标签之前的所有内容都是程序的初始化，而它之后的所有内容都在每一帧发生。 因此，我不必绕过从盒式磁带加载数据并清除每一帧中的内存的循环。

让我们再迈出一步。 我使用的RGBDS汇编程序包包含一个图像转换器。 由于在此阶段我尚未为游戏绘制任何资源，因此我决定将“关于”页面中的单色按钮用作测试位图。 使用RGBGFX，我将其转换为Game Boy格式，并使用.incbin汇编器命令将其插入到main函数之后。


要将其显示在屏幕上，我需要以下内容：

1. 液晶屏关闭
2. 设置调色板
3. 设置滚动位置
4. 清除视频内存（VRAM）
5. 将图块图形加载到VRAM中
6. 下载VRAM磁贴背景图
7. 再次打开液晶屏

液晶屏关闭

对于初学者来说，这成为最严重的障碍。 在第一个Game Boy上，不可能随时简单地将数据写入VRAM。 有必要等待系统什么都没画的时候。 模仿旧的CRT电视中的磷光，打开VRAM时每帧之间的间隔称为“垂直空白”或“ VBlank”（在CRT中，这是在反向扫描过程中用于消隐显像管光束的脉冲）。 （显示屏的每一行之间也有HBlank，但非常短。）但是，我们可以通过关闭LCD屏幕来解决此问题，也就是说，无论CRT屏幕的“磷迹线”位于何处，我们都可以在VRAM中进行记录。

如果您感到困惑，那么此评论应该向您解释很多 。 在其中，从SNES的角度考虑了这个问题，因此不要忘记没有电子束，并且电子束的数目不同，但是在其他所有方面都非常适用。 本质上，我们需要设置FBlank标志。

但是，Game Boy的窍门是您只能在VBlank期间关闭LCD。 也就是说，我们必须等待VBlank。 为此，请使用中断。 中断是Game Boy向CPU发送硬件的信号。 如果设置了中断处理程序，则处理器将停止其工作并调用该处理程序。 Game Boy支持五个中断，其中一个中断在VBlank启动时启动。

可以用两种不同的方式处理中断。 第一个也是最常见的是中断处理程序的任务， 其工作如上所述。 但是，我们可以通过设置该中断的启用标志并使用di opcode来启用特定的中断并禁用所有处理程序。 它通常不执行任何操作，但是具有退出HALT操作码的副作用，该操作码会在发生中断之前停止CPU。 （在打开处理程序时也会发生这种情况，这使我们可以退出main的HALT周期。）如果您感兴趣，我们还将随着时间的推移创建一个VBlank处理程序，但其中很大一部分取决于某些地址上的某些值。 由于到目前为止尚未在RAM中设置任何内容，因此尝试调用VBlank处理程序可能会导致系统崩溃。

要设置这些值，我们需要向Game Boy硬件寄存器发送命令。 有一些特殊的内存地址与设备的各个部分直接相关，在本例中为CPU，它使您可以更改其工作方式。 我们对地址$FFFF （中断允许位字段）， $FF0F （已激活但未$FF0F位字段）和$FF40 （LCD控制）特别感兴趣。 这些寄存器的列表可以在与Awesome Game Boy Development列表的“ Documentation”部分相关的页面上找到。

要关闭LCD，我们仅打开VBlank中断， $FFFF分配值$01 ，执行HALT，直到满足条件$FF0F == $01 ，然后将地址$FF40的第7位分配为0。

设置调色板和滚动位置

这很容易做到。 现在液晶屏已关闭，我们无需担心VBlank。 要设置滚动位置，只需将X和Y寄存器设置为0就足够了。使用调色板，一切都变得有些棘手。 在“游戏男孩”中，您可以从4种灰色阴影（如果需要，也可以是沼泽绿色）中的任何一种的第一到第四图形分配阴影，这对于进行过渡等非常有用。 我将一个简单的渐变设置为调色板，定义为%11100100的位列表。

清除VRAM并加载图块图形

启动后，所有图形数据和背景图将仅由滚动的Nintendo徽标组成，该徽标在系统启动时显示。 如果打开精灵（默认情况下处于禁用状态），它们将被乱码散布在屏幕上。 您需要清除视频内存以从头开始。

为此，我需要一个类似C的memset的函数（我还需要一个模拟memcpy来复制图形数据。） memset函数将指定的内存片段设置为某个字节。 我自己可以轻松实现此功能，但是AssemblyDigest教程已经具有这些功能，因此我可以使用它们。

此时，我可以通过$00写入$00清除带有memset的VRAM（尽管第一个提交使用的值是$FF ，这也是合适的），然后使用memcpy将切片图形加载到VRAM中。 更具体地说，我需要将其复制到地址$9000 ，因为这些是仅用于背景图形的图块。 （地址$8000-$87FF仅用于子画面图块，地址$8800-$8FFF对这两种类型均通用。）

平铺地图设置

Game Boy有一个背景层，分为8x8格。 背景层本身大约需要32x32的图块，即总大小为256x256。 （作为比较：控制台屏幕的分辨率为160x144。）我需要手动逐行指示组成我的图像的图块。 幸运的是，所有图块均按顺序排列，因此我只需要用N*11到N*11 + 10值填充每行，其中N是行号，其余22个图块元素填充$FF 。

打开液晶屏

在这里我们不需要等待VBlank，因为直到VBlank屏幕仍然无法打开，所以我只是再次写了LCD控制寄存器。 我还包括了背景和精灵图层，还指出了图块贴图和图块图形的正确地址。 之后，我得到了以下结果。 我还使用ei操作码再次打开了中断处理程序。

在这一点上，为了使其更加有趣，我为VBlank编写了一个非常简单的中断处理程序。 通过在$40处添加转换操作码，我可以使处理程序具有所需的任何功能。 在这种情况下，我编写了一个简单的函数来上下滚动屏幕。

这是完成的结果。 [补充：我刚刚意识到GIF循环不正确，因此必须不断传输图像。]


到目前为止，没有什么特别令人惊讶的，但是从理论上讲，我可以得到旧的Game Boy Color并查看如何在其上执行我自己的代码，这仍然很酷。

格仔床单的乐趣

为了在屏幕上绘制东西，我自然需要某种精灵。 研究了Game Boy控制台的PPU（图片处理单元）后，我决定专注于8x8或8x16子画面。 也许我需要最后一个选择，但是只是为了感觉尺寸，我迅速在方格纸上以1：8比例绘制了游戏的屏幕截图。


我想将屏幕顶部留在HUD下。 在我看来，它看起来比从下面看起来更自然，因为当它上升时，如果角色需要像Super Mario Bros中那样临时阻止HUD，他们就可以做到。 这款游戏不会有任何复杂的平台，实际上也没有关卡设计，因此我无需展示该领域的一般性看法。 屏幕上字符的位置以及可能不时出现的障碍物将足够。 因此，我负担得起相当大的精灵。

因此，如果一个正方形是一个8x8瓦片，那么无论我选择什么尺寸，一个精灵都不足够。 考虑到游戏中几乎没有垂直运动（跳跃除外），这一点尤其正确。 因此，我决定从四个8x16子画面创建子画面。 唯一的例外是狐狸的尾巴，它占据了两个8x16的精灵。 经过简单的计算，很明显，两只狐狸和两只壁虎将占据40个精灵中的20个，也就是说，有可能添加更多的精灵。 （8x8子画面很快就会超出我的限制，这是我在开发的早期阶段不想做的。）

现在，我只需要绘制精灵。 下面是方格纸上的草图。 我有一个等待中的精灵，一个“思考”精灵，可以选择是通过还是奔跑，就像在SNES游戏中一样……就这样。 我还计划制作跑步角色，跳跃角色和对手抓住的角色的精灵。 但是对于初学者来说，我只画了等待和思考的精灵，以免复杂化。 我仍然没有做剩下的，我需要这样做。


是的，我知道，我的绘画能力不是很好。 透视是一件棘手的事情。 （是的，这只极地狐狸的脸很可怕。）但是它非常适合我。 角色设计没有任何特殊功能，但适用于游戏卡纸。 当然，我使用了真正的壁虎和极地狐狸作为参考。 难道看不到吗？



不区分。 （据记录：再次看过这些照片，我意识到壁虎和蜥蜴之间存在巨大差异。除了认为自己很愚蠢之外，我不知道该怎么做...）我想你可以猜得出索尼克（Sonic）游戏系列中的大火猫（Blaze the Cat）是狐狸的头。

最初，我希望每支球队的防守者和前锋都具有不同的性别，这样更容易区分它们。 （我也打算让玩家选择角色的性别。）但是，这需要更多的绘画。 所以我选择了雄性壁虎和雌性狐狸。

最后，我画了一个初始屏幕，因为在一张方格纸上有一个放置它的地方。


是的，动作姿势还远远不够理想。 极地狐狸应该更加沮丧和奔跑，壁虎应该看起来险恶。 Defender Fox在后台-对Doom盒子上的艺术品的有趣引用。

精灵的数字化

然后，我开始将纸制图纸转换为精灵。 为此，我使用了GraphicsGale程序，该程序最近免费提供。 （我知道您可以使用assprite，但我更喜欢GraphicsGale。）事实证明，处理sprite的工作比我预期的要复杂得多。 上面显示的精灵的这些正方形中的每个正方形在2x2网格中占用多达4个像素。 这些方块的细节往往比4像素大得多。 因此，我不得不摆脱草图的许多细节。 有时甚至很难坚持简单的形式，因为有必要留出一个眼睛或鼻子可以接受的地方。 但是在我看来，即使精灵已经完全不同，一切看起来也不错。


狐狸的眼睛失去了杏仁的形状，变成了两像素高的线。 壁虎的眼睛保持圆润。 壁虎的头部必须扩大，摆脱宽阔的肩膀，狐狸本来可以弯曲的所有弯头都被大大地抚平了。 但老实说，所有这些简单的变化并没有那么糟糕。 有时我几乎无法选择哪个版本更好。


GraphicsGale还具有用于图层和动画的便捷功能。 这意味着我可以将狐狸的尾巴与她的身体分开设置动画。 节省宝贵的VRAM空间很有帮助，因为我不需要在每一帧中重复尾部。 此外，这意味着您可以以可变的速度摇尾巴，在角色站立时放慢速度，在奔跑时加快速度。 但是，这会使编程更加复杂。 但是我仍然会承担这项任务。 我选择了4帧动画，因为这足够了。

您可能会注意到，北极狐使用三种最浅的灰色阴影，而壁虎使用三种最暗的灰色阴影。 在GameBoy上，这是可以接受的，因为尽管一个精灵中只能有三种颜色，但是控制台允许您指定两个调色板。 我做到了，所以调色板0用于狐狸，调色板1用于壁虎。所有可用的调色板都已结束，但我认为我不需要其他调色板了。

我还需要照顾好背景。 我没有理会他的草图，因为我计划将其设为纯色或简单的几何图案。 我还没有数字化屏幕保护程序，因为我没有足够的时间。

将精灵加载到游戏中

检查be99d97提交。

保存角色图形的每个单独帧之后，便可以开始将其转换为GameBoy格式。 事实证明，在RGBDS中，有一个非常方便的实用程序RGBGFX。 您可以使用命令rgbgfx -h -o output.bin input.png调用它，它将创建一组与GameBoy兼容的图块。 （-h开关指定与8x16兼容的图块模式，以便从上到下而不是从左到右执行转换。）但是，当每帧都是单独的图片时，它不提供绑定，也无法跟踪重复的图块。 但是我们将把这个问题留待以后处理。

生成输出.bin文件后，只需使用incbin "output.bin"将它们添加到汇编器中incbin "output.bin" 。 为了使所有内容保持一致，我创建了一个通用文件“ gfxinclude.z80”，其中包含要添加的所有图形。

但是，每次更改时手动重新生成图形都非常无聊。 因此，我编辑了build.bat文件， for %%f in (gfx/*.png) do rgbds\rgbgfx -h -o gfx/bin/%%f.bin gfx/%%f添加了for %%f in (gfx/*.png) do rgbds\rgbgfx -h -o gfx/bin/%%f.bin gfx/%%f的行for %%f in (gfx/*.png) do rgbds\rgbgfx -h -o gfx/bin/%%f.bin gfx/%%f ，它会转换每个文件。将gfx /文件夹中的png保存到bin文件中，并将其保存到gfx / bin中。 它极大地简化了我的生活。

为了创建背景图形，我使用了一种更为懒惰的方法。 RGBASM具有dw`指令。 其后是一行0到4的8个值，​​等于一行像素数据。 由于背景精灵非常简单，因此复制和粘贴简单的几何图案以创建实心，条纹或棋盘状图案变得更加容易。 例如，在这里看起来像地砖。

 bg_dirt: dw `00110011 dw `00000000 dw `01100110 dw `00000000 dw `11001100 dw `00000000 dw `10011001 dw `00000000 

他用透视的错觉创造了一系列的条纹。 这是一种简单但明智的方法。 用草则要复杂一些。 最初，它是一组水平线，高2像素，但是我手动添加了一些像素，这些像素增加了一些噪点，使草地看起来更好：

 bg_grass: dw `12121112 dw `12121212 dw `22112211 dw `11121212 dw `22112211 dw `21212121 dw `12121212 dw `12211222 

图形渲染

在GameBoy中，子画面存储在称为OAM或对象属性存储器的区域中。 它仅包含属性（方向，调色板和优先级），以及图块编号。对我来说，填充这部分内存足以在屏幕上显示精灵。

虽然有小的功能。首先，您需要将ROM中的图形加载到VRAM中。 GameBoy只能渲染存储在称为VRAM的特殊内存区域中的图块。幸运的是，要从ROM复制到VRAM，足以memcpy在程序初始化阶段执行它。原来，只有6个字符精灵和4个尾部拼贴，我已经占用了分配给精灵的VRAM区域的四分之一。 （VRAM通常分为背景和精灵区域，它们共有128个字节。）

此外，仅在VBlank期间可以访问OAM。我首先说VBlank正在等待Sprite计算，但是我遇到了问题，因为Sprite计算持续了VBlank分配的所有时间，不可能完成它们。此处的解决方案是写入VBlank之外的单独存储区域，然后在VBlank期间将它们简单地复制到OAM。

事实证明，GameBoy具有特殊的硬件复制过程，即一种DMA（直接内存访问，直接访问内存）。通过写入特定的寄存器并进入HiRAM的繁忙周期（因为ROM在DMA期间不可用），可以比使用该功能更快地将数据从RAM复制到OAM。memcpy。如果有兴趣，可以在这里找到更多细节。

在这个阶段，我不得不创建一个确定的程序是，同样会最终被记录在DMA。为此，我需要将对象的状态存储在其他位置。至少需要满足以下条件：

1. 类型（壁虎，极地狐狸或团队之一的携带物品）
2. 方向
3. X位置
4. Y位置
5. 动画框架
6. 动画计时器

在第一个非常费力的决定中，我检查了对象的类型，然后根据该对象，切换到一个程序来随意绘制此类对象。例如，极地狐狸程序在X中的位置取决于方向，添加或减去16，添加两个尾部精灵，然后上下移动主精灵。

这是屏幕上渲染时精灵在VRAM中的外观的屏幕截图。左侧是单个子画面，旁边是十六进制数字，从上到下-垂直和水平位置，平铺和属性标志。在右侧，您可以看到组装后的外观。


对于尾部动画，它有点复杂。在第一种解决方案中，我只是简单地增加了每帧中的动画计时器，并and使用一个值进行了逻辑增量%11以获得帧号。然后，您可以简单地将4 *帧号（每个动画帧由4个图块组成）添加到VRAM中的第一个尾部图块，以获取存储在VRAM中的4个不同的帧。它起作用了（尤其是带有尾部磁贴搜索的尾部），但是尾部疯狂地快速摇晃，我需要找到一种降低速度的方法。

在第二个更好的解决方案中，我在每帧中以及当使用它的操作值时对全局计时器执行增量and我选择的2的阶数为0，则执行对象计时器的递增。因此，每个单独的对象都可以以所需的任何速度倒计时其动画计时器。这工作得很好，使我可以将尾巴减慢到合理的水平。

难点

但是，如果一切都这么简单。不要忘了我在代码中使用所有对象自己的子过程来管理所有这一切，并且如果必须继续，则需要在每个框架中进行。我必须指定如何继续操作下一个精灵，以及它包含的图块，以手动操作寄存器。

这是一个完全不稳定的系统。要绘制一帧，必须处理足够多的寄存器和CPU时间。添加对其他人员的支持几乎是不可能的，即使我成功了，系统支持也会非常痛苦。相信我，那是真正的混乱。我需要一个系统，在该系统中，用于渲染精灵的代码将是通用且直接的，因此它不会是条件，寄存器操纵和数学运算符的交织。

我该如何解决？我将在本文的下一部分中讨论这一点。