魔改宜家燈泡當主機！玩轉《毀滅戰士》無壓力
這年頭，「萬物皆可《毀滅戰士》」！（Doom）
極客們把這款猛男必玩的遊戲移植到五花八門的設備上，iPod Nano、ATM機、示波器、驗孕棒（殼）……
現在連燈泡也可以了？
一位外國全棧野生鋼鐵俠，直接找來了這隻宜家出品的20美元燈泡：
然後Up主買了塊小屏幕，經過一番改造，便成了這樣：
看完demo，網友直呼宜家電燈泡已經遠超自己當年的PC。
更誇張的是，這台機器的微處理器只有108kB內存。
要知道，毀滅戰士的最低系統要求也要8MB內存。
甚至有網友還表示新「摩爾定律」誕生：
大約每兩年就可以將Doom運行的大小減半。
遊戲移植「最跨界」
之前「驗孕棒玩《毀滅戰士》」大火，國外互聯網上瘋傳。
但是，全棧野生鋼鐵俠Nicola Wrachien看了技術方案以後表示：這個不夠硬核。
所謂「驗孕棒」玩《毀滅戰士》，其實只用了驗孕棒的殼，原有的處理器和屏都被換掉了。
鋼鐵俠Nicola表示，要做就做全套。
而且定下了《毀滅戰士》跨界「鐵則」：
1、必須基於現成的設備，且不是用來玩Doom或一般遊戲的。
2、所選擇的設備有一個計算能力和/或內存相當有限的微控制器，否則沒有挑戰性。
3、不能添加額外的微控制器。可以超頻，但不能額外加冷卻裝置。
但如今電子設備大部分的計算能力都相當高，運行Doom不在話下…老哥環顧四周，發現宜家在售的TR?DFRI Zigbee燈泡不錯。
這款燈泡可以實現自由控制明暗、顏色，其中的微控制器，剛好是Nicola Wrachien工作的美國半導體商芯科科技的產品。
Cortex M33處理器，96+12kB的RAM（總共108kB），1MB 的閃存，基頻80MHz 。
計算能力肯定夠了，但毀滅戰士的最低系統要求也要8MB內存。
所以，優化RAM成為了最關鍵的工作。
為了節省RAM，必須犧牲CPU？
Nicola的最低目標，是能在108kB內存上運行《毀滅戰士》第一張地圖。
隨着優化推進，他發現可以將全部全部地圖運行時的RAM使用量控制在108kb以內，而且包括動態和靜態、堆棧和幀緩衝區。
為此，他進行了15項大大小小的優化，這些工作，構成了這次全棧移植《毀滅戰士》到燈泡控制的核心。
首先是對Doom代碼本身優化。Doom廣泛使用32位，但其實16位或8位指令就足夠了。
其次是枚舉的使用非常頻繁。移植後的Doom沒有使用枚舉數據類型，而是將數據大小修剪為能存儲的最大值。
此外，還減少了畫面材質的路徑、繪圖數、和視覺數。因為最後呈現的顯示器像素並不高，所以不會對視覺效果產生負面影響。
還有一點最重要的優化：既然如今已經不採用32位指令，而且內存也小於128k，那麼也沒有必要再用32位指針了。
遊戲中幾乎所有的指針都指向4位元組對齊的結構，這意味着 16 位指針就足夠了。這個策略實際上是為RAM犧牲CPU能力，但處理器0MHz的基頻完全沒有壓力。
此外，其餘的優化還包括：
遊戲中的對象結構（mobj_t）優化到到92位元組，在更複雜的關卡地圖上可以省出很多。靜態對象，如關卡bonus和裝飾品，專門為它們創建了一個靜態mobj類型，將內存需求削減到一半（44位元組）。在某些關卡中，有超過200個這樣的對象。節省了超過30kB的內存。
對象（mobj_t和static_mobj_t）使用了內存池，動態分配的開銷減少到1位元組/對象，而池內只有16個條目。但為了實現這一點，還必須儘可能使用8位或16位數組索引，而不是指針。
遊戲中的紋理，比如牆面、地面在遊戲過程中會發生變化，所以它們需要長時間保存在RAM中。但實際遊戲中的紋理數量是非常有限的。因此，單獨創建了數組來存儲可改變的紋理信息，而其他的靜態紋理則從外部閃存中讀取。
選用的160 x 128像素的顯示器本來需要一個20kB的緩衝區，但Nicola選擇首先計算並渲染160×96像素的3D場景，將結果發送到顯示器。然後再繪製遊戲中的狀態欄，發送剩餘的160×32像素。這樣就節省了5個寶貴的KB，卻不影響性能。
最後，優化中徹底刪除了佔用16Kb的複合紋理渲染模塊。
內存優化達標，實際上是對CPU進行了降頻，此外還禁用了數據緩存，但這也造成出了一個非常嚴重的問題：讀寫速度極其依賴於數據接口，而不是實際的CPU能力。
解決辦法是，使用SPI閃存讀取命令來檢索數據，而不是使用內存映射模式。
這款處理器的SPI時鐘速率被限制在20MHz，外圍總線速度被限制在50MHz，但實測後發現這個數字是非常保守的，至少在室溫下超頻到80MHz完全沒壓力。
對遊戲本身搞了「削足適履」式的優化，還對CPU進行了極限超頻，《毀滅戰士》硬核跨界的基礎條件終於具備了，接下來就是硬件DIY部分。
如何攢機？
怎麼攢出這台「遊戲機」呢？
先規劃一下大體結構：
連原理圖都給你畫好了：
主角是一隻宜家Tradfri GU10 RGB燈泡，確切來說是它的MGM210L模塊。
（高端玩家直接用EFR32MG21射頻微控制器，也不是不行。）
第一步拆燈，同時也要拆分高壓AC-DC電源和RF模塊+DC-DC轉換器。
由於在輸入電壓過低時，R25會使DC-DC轉換器關閉，因此在這裡要把R25移除。
接下來，只需將DC-DC和RF板焊接到原型板上，當然還需要留出輸入、輸出、接地電線。
然後就來到了布滿線路的第二塊板。
看着頭大？不用擔心，開發者將會開源這一步的PCB設計圖。
這塊板上的組件包括SMD元件、邏輯芯片74HC165和8MB閃存IC。
如果想要更高質量的音頻，還可以連接一個低通濾波器。由於空間限制，開發者在這裡只留了一個2針接頭。
鍵盤部分就清爽多了，一目了然：
最後，把幾塊板組裝起來，再接上價格友好的TFT 160×128 SPI顯示器，就可以進行編程調試了。
需要注意的是，改裝後的設備只支持低於30V的直流電壓供電，不能在交流電源下運行。
該設備可以用任何兼容JLink（JTAG調試仿真器）的SWD編程器進行編程。
可以使用Silicon Labs的Simplicity Studio V5，對GitHub中給出的源代碼進行編譯。（如果提示出錯，忽略即可）
然後將設備通電，設置為YMODEM上傳模式，這一步完成之後就能進入遊戲了。
調試完畢之後，把電路板暴力塞回燈座里……
大功告成！
開發者還表示，實際顏色其實要比圖片中好得多。
目前，全部優化條目和代碼已經開源，直接下載就能使用。
