Silicon Labs（芯科科技）熱衷于突破嵌入式系統的極限和創新。在先前成功將一款經典游戲－雷神之錘（Quake）移植到基于EFR32MG24無線SoC的Arduino Nano Matter開發板之后，我們迎來了新的挑戰：將另一款經典第一人稱射擊游戲－毀滅公爵3D（Duke Nukem 3D）的完整體驗帶到我們的超低功耗平臺MG24的開發板上，以實現包括游戲音樂、多人連線模式等完整的游戲玩法。

為什么選擇毀滅公爵3D

毀滅公爵3D于1996年在Quake之前發布，是互動玩法的里程碑。雖然在圖形上不如Quake先進，但它提供了：

可移動的墻壁和區域

與物體交互以及可破壞的環境

高級功能：鏡子、安全攝像頭、腳本控制和混響效果

這些特性使它成為一個完美的參考設計，用來展示嵌入式性能和游戲體驗的完整性。

硬件限制與游戲特性

我們希望代碼能運行在去年為Quake移植開發的同一款開源硬件上，也就是“The Gamepad”，它基于Arduino Nano Matter板，搭載基于芯科科技MG24 SoC的MGM240S無線模塊。

The Gamepad硬件規格：

無外部RAM（僅使用MGM240S內部的25kB）

外部閃存用于數據存儲（最高 64 MB）

320 × 240 像素RGB IPS LCD，帶SD卡讀卡器

立體聲音效

模擬搖桿和16個按鍵

代碼庫

我們選擇了Chocolate Duke Nukem 3D，它是Fabien Sanglard的xDuke移植版本的精簡和注釋版，并支持SDL。SDL支持讓我們可以在Windows上開發和優化，然后再移植到真實硬件。

我們針對內存和速度進行了大量優化，以適應256 kB RAM的限制。

內存優化

原始毀滅公爵3D需要8 MB RAM，遠超我們的硬件條件，因此必須進行深入優化。主要措施包括：

根據性能分析和代碼檢查，優化結構體字段大小

將關卡常量數據存儲到閃存，減少RAM 占用

創建分配器，僅存儲修改過的對象，未修改的對象直接從閃存讀取

將部分靜態全局數組移到棧上

重用大型全局緩沖區（例如在關卡加載時重用幀緩沖）

優化插值算法

游戲動畫渲染時，從外部閃存分塊復制到RAM，再進行渲染

腳本文件預編譯并作為常量數組存儲在代碼中

攝像機精靈（顯示安全攝像頭畫面）臨時渲染到幀緩沖的狀態欄區域，因此每次渲染后必須重新繪制狀態欄

優化聲音引擎，減少冗余RAM 使用

將xDuke 的高級混響效果替換為原版Duke Nukem 3D 的簡單混響

速度優化

為了提升性能，我們采取了以下策略：

重寫部分繪圖例程。原始代碼是高度優化的x86 匯編，后來在xDuke 中通過自動工具轉換為C，導致代碼難以理解且性能下降。

由于墻體和精靈是逐列繪制的，我們利用DMA在當前列繪制時從外部閃存加載下一列，實現加載與渲染并行，減少等待時間。

基于802.15.4無線連接的多人模式

我們采用芯科科技的RAIL庫構建了一個輕量級協議：

異步節點發現：在初始階段，所有節點選擇一個隨機地址，并通過“問候”數據包進行廣播。一旦其他節點接收到這些數據包，網絡就形成了。

同步的類令牌環通信：當所有玩家都確認準備好比賽后，協議切換到同步模式。在此模式下，地址最小的節點被選為主節點。主節點每隔25毫秒啟動通信，第二個節點（地址次小）廣播其數據，然后第三個節點發送，最后第四個節點廣播自己的數據。協議支持自動重發丟失的數據包，以確保可靠性。

工具與腳本

我們使用了一個Python腳本來轉換GRP文件，使其滿足以下要求：

所有MIDI文件轉換為Type 0格式

VOC文件轉換為更易處理的 WAV 格式

GRP文件必須存儲在SD卡中。通過在開機時按下特定按鍵組合，文件會被復制到外部閃存。Atomic Edition需要2×32MB閃存芯片，而原始版本只需2×16MB芯片。

性能亮點

超頻情況下：30–50 fps

未超頻情況下：18–30 fps

由于引擎更簡單，DN3D 比Quake更快

結論

此移植展示了芯科科技MG24無線SoC的強大性能與靈活性：

在受限硬件上運行完整功能的經典復古第一人稱射擊游戲

支持多人模式、音樂、存檔/讀取以及控制臺功能

高效的內存管理與性能調優

我們希望這能激發開發者探索嵌入式平臺的更多可能性——無論是游戲、可穿戴設備，還是下一代物聯網。