前段時間用C#寫了一個光線追蹤程序日杈，可以渲染圓球挽封，平面這種基本圖形雾袱，反射庇麦，光照扁眯，陰影收津，都大致嘗試做了一下歹颓。之前的效果如下：
然而铜秆，在我打算繼續(xù)深入優(yōu)化的時候奢米，我失去了我的好幫手強(qiáng)強(qiáng)電腦抓韩，換成了超極本∈鸦郏看來繼續(xù)做技術(shù)密集型光線追蹤是不行的了园蝠。就在這時，我看到了一些GBA的開發(fā)文章痢士，我又剛好有一臺GBA彪薛，于是我產(chǎn)生了一個大膽的想法——在GBA上實現(xiàn)光線追蹤。GBA架構(gòu)清晰簡明怠蹂，入手門檻低善延，而且還有一個官方的編程指南，很適合我這種人折騰城侧。
在寫程序之前易遣，我要先花點時間了解GBA。GBA（Game Boy Advance）是任天堂2001年的推出的彩色游戲掌機(jī)嫌佑，它的前身是黑白掌機(jī)GB豆茫。
GBA有一個16位色深，240x160的液晶屏幕屋摇，初代無背光揩魂。
它有一個頻率為16.78Mhz的32位RISC類型的CPU（ARM7TDMI）。雖然和現(xiàn)在的幾GHz的處理器比起來實在太低炮温，但只要使用得當(dāng)火脉，還是可以做出很多東西的。
除此之外柒啤，它機(jī)身的內(nèi)存有兩部分倦挂，一個是32KB的內(nèi)部工作內(nèi)存，還有一個256KB的外部工作內(nèi)存担巩。這兩個內(nèi)存都是掉電數(shù)據(jù)就沒了的ROM方援。插入機(jī)身的游戲卡容量最大32M，游戲卡大部分內(nèi)存是只讀的涛癌，但一部分可擦寫儲存游戲存檔肯骇。
詳細(xì)的功能和GBA的運(yùn)行原理我就先不講了窥浪，我們從最迫切的配置開發(fā)和編譯的環(huán)境開始，之后再慢慢介紹功能笛丙。
本來我想直接從寫代碼開始講的，但是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上GBA的中文資料很少假颇，而GBA簡單的硬件又很適合學(xué)習(xí)系統(tǒng)底層和嵌入式開發(fā)胚鸯，所以我還是詳細(xì)的講述我了解到的所有知識，希望能吸引更多人了解并入門GBA編程笨鸡。
更好的教程：TONC教程：建立開發(fā)環(huán)境
開發(fā)前的準(zhǔn)備
Windows系統(tǒng)的電腦姜钳，因為我只有這個。
GBA主要使用C語言形耗，雖然也許能找到C++編譯到GBA的編譯器哥桥，但GBA上運(yùn)行的是裸機(jī)代碼，C速度快激涤，也適合和底層交互拟糕。因此要想玩好GBA，要熟悉C語言倦踢，了解系統(tǒng)底層原理送滞，不過即使不太會也沒關(guān)系，我也不會辱挥，用著用著 踩多幾個坑就熟悉了犁嗅。
為了方便測試，當(dāng)然要有一個GBA的模擬器晤碘，這樣就不用每次都把程序放到真機(jī)上運(yùn)行了褂微。我推薦mGBA，這是一個新開發(fā)（2013年）的模擬器园爷，開發(fā)它的人希望兼顧準(zhǔn)確性和速度宠蚂。它不僅可以顯示地圖，精靈腮介，調(diào)色板肥矢，還可以使用GDB調(diào)試（雖然我還不會）
如果你想在真機(jī)上運(yùn)行，可以采用兩種方法叠洗。1甘改、使用flash燒錄卡，將程序?qū)懭氲綗浛ɡ锞涂梢圆迦氲紾BA上運(yùn)行灭抑。但燒錄卡一般比較貴十艾，即使是GBA完全不流行的現(xiàn)在也要150~1000元。2腾节、使用multiboot線忘嫉，直接把程序送到機(jī)子256kB的內(nèi)存里荤牍，不用插卡就能運(yùn)行。這其實是利用了GBA多人連線游戲的功能庆冕，這個功能可以讓一臺機(jī)子通過連接線把小游戲發(fā)給其他機(jī)子康吵，這樣大家就可以一起玩小游戲了。我們通過把電腦假裝成一臺主機(jī)访递，就可以實現(xiàn)傳輸自己的程序晦嵌。這種特制線一般買不到，需要的話可以自制拷姿，不太難成本也低惭载。
要用什么編譯器？
對于這種嵌入式的開發(fā)响巢，最重要的是要有一套工具鏈描滔。工具鏈?zhǔn)侵妇幾g器、連接器踪古、解釋器和調(diào)試器這些組成的一套工具含长，它可以把我們的代碼編譯成在特定機(jī)器上運(yùn)行的機(jī)器代碼。不同的機(jī)器的工具鏈一般不通用灾炭，例如ARM公司就提供了它自己的產(chǎn)品的工具鏈茎芋。
ARM的官方編譯器
GBA用的就是ARM的CPU，因此可以從ARM那里找到工具鏈蜈出，但是時代久遠(yuǎn)田弥，有點難找，而且可能是收費的铡原。
gcc編譯器
除此之外我們可以使用gcc的編譯器偷厦，gcc是免費開源的編譯器，是開源計劃里的重要組成部分燕刻，這個東西大概程序員都知道只泼，程序員們希望世界上所有程序都是開源的，可以自由修改卵洗，于是他們一起做了一個開源的編譯器（gcc)请唱，然后通過編譯器做了開源的系統(tǒng)(linux)，然后在系統(tǒng)上寫了開源的軟件过蹂。一般的gcc是編譯到linux的十绑，但也有編譯到ARM的gcc-arm。我們只需要針對GBA配置一個就可以了酷勺，當(dāng)然我不會本橙，不過一些GBA愛好者已經(jīng)為我們做好了。
DevKitAdv：這個比較舊脆诉，需要使用.bat腳本管理編譯甚亭。
devkitPro：整合了多個游戲機(jī)的工具鏈贷币，支持GBA,NDS,PSP,NS等，可以按需下載亏狰，有這個新的就沒必要用舊的了役纹。這個工具內(nèi)有一些makefile模板，可以使用makefile方便的管理要編譯的內(nèi)容暇唾，輸入make就可以編譯字管，很有了解的必要。
這些工具鏈中也提供了用于GBA的庫libgba信不，包含了常用類型和數(shù)學(xué)運(yùn)算庫，內(nèi)存操作亡呵，中斷系統(tǒng)等一些常用的功能抽活。
安裝工具鏈
我這里介紹devkit Pro的安裝：
去論壇里下載devkit Pro的Windows安裝包，名稱是devkitProUpdater锰什，選擇安裝位置（建議C盤根目錄）下硕，點選需要的組件(GBA)，之后就會開始聯(lián)網(wǎng)下載汁胆。
安裝之后打開安裝目錄梭姓，看看包含什么：
devkitARM：這就是工具鏈
examples：示例文件，里面有圖像嫩码、音頻演示誉尖，xboo連接線項目，還有一個空的項目模板铸题。
libgba: devkitPro的GBA庫铡恕；
libtonc：tonc教程的作者寫的GBA庫。
tools：一些小工具丢间，例如修復(fù)rom頭部探熔，圖像轉(zhuǎn)換。
sys2等一些安裝文件烘挫。
測試工具鏈
現(xiàn)在來測試能不能正常使用工具鏈诀艰。
打開examples->gba->graphics->SimpleBGScroll，在這里打開cmd（shift+右鍵菜單）（win10下是powershell）
在cmd下輸入 make 饮六，看看有沒有編譯出一個build文件夾和.gba的rom文件其垄。
如果成功了，恭喜你喜滨，可以開始寫代碼了捉捅！
錯誤的解決方法
如果有錯誤，我這里列出了2種可能的原因：
1虽风、cmd/PowerShell的目錄地址不在 \divkitPro\examples\gba\graphics\SimpleBGScroll棒口。
2寄月、make指令是調(diào)用工具鏈里make.exe，如果沒有添加Path无牵，系統(tǒng)會找不到這個程序漾肮。
打開環(huán)境變量的窗口，檢查是否已經(jīng)配置了變量茎毁。正常情況下克懊，應(yīng)該有四個：1、在Path里的“c:\devkitPro\msys2\usr\bin”七蜘，2谭溉、名稱為DEVKITARM的“/opt/devkitpro/devkitARM”，3橡卤、名稱為DEVKITPPC的“/opt/devkitpro/devkitPPC” 扮念，4、名稱為DEVKITPRO的“/opt/devkitpro”碧库。
如果檢查無誤還是不行柜与，可以試試卸載重裝orz
配置開發(fā)環(huán)境
我也不知道怎么配置一個既可以一鍵編譯，又可以進(jìn)行調(diào)試的開發(fā)環(huán)境嵌灰。我只能介紹一下我摸索出來的勉強(qiáng)能用的方法弄匕。
我使用的是VisualStudio 2019，好像很多人覺得vs不適合嵌入式和Linux開發(fā)沽瞭，但我vs用慣了迁匠，能不換就不換。vs2017后加入了Linux的開發(fā)組件秕脓，我覺得還是很好用的柒瓣。如果你使用的不是vs，可以直接看文章末尾的TONC教程和附錄里的其他方法吠架。
首先我們需要安裝VS2019的c/c++開發(fā)組件芙贫，還有Linux開發(fā)組件（為了可以建立makefile項目）
安裝完成之后啟動vs，新建一個makefile項目（翻譯為生成文件項目）傍药。
之后我們需要在項目屬性的NMake里設(shè)置include文件的位置和make等命令磺平。
包含搜索路徑?設(shè)置為 /divkitPro/libgba/include和/libtonc/include的地址。
生成命令行?輸入 make
最后一步拐辽，我們到devkitPro的examples里把示例文件的makefile復(fù)制到我們的項目根目錄下拣挪。
生成
如果源文件里已經(jīng)有main.c了，現(xiàn)在按生成->生成*你的項目名稱* 或者Ctrl + B 應(yīng)該就可以編譯代碼生成.gba文件了俱诸。
新建源文件
之后如果我們要新建一個源文件菠劝，在解決方案資源管理器的源文件里新建項，名稱為xxx.c 睁搭，后綴為c赶诊，目錄為項目里的/source
新建頭文件
解決方案資源管理器的頭文件里新建項笼平，選擇.h文件，并新建一個include文件夾舔痪。如果新建了include文件夾寓调，要記得把這個文件夾地址加入項目的包含搜索路徑。此外我們還要修改添加makefile里的include路徑锄码，不然編譯器不知道夺英。
由于makefile已經(jīng)寫好了模板，所以我們只需要在INCLUDES := 后面寫include滋捶，他就會自動識別為項目目錄/include痛悯。如果項目目錄里有多個include文件夾，可以在include后加空格重窟，再寫名稱灸蟆。
makefile模板里有3處include地址：
1、我們寫的 INCLUDES := xxx 亲族，是項目目錄里的。
2可缚、devkitPro自帶的兩個庫里的include
3霎迫、項目編譯后產(chǎn)生的Build目錄
到這里應(yīng)該已經(jīng)介紹完配置環(huán)境的問題了，之后要學(xué)的就是如何編程使用GBA上的硬件帘靡。在下一篇文章之前知给，我先推薦一些對學(xué)習(xí)GBA編程很有幫助的內(nèi)容。
開發(fā)資料推薦
GBA編程手冊描姚。這個好像是官方的手冊涩赢，中文版翻譯到第六章就沒了。里面說明了GBA的硬件和功能轩勘，相當(dāng)于GBA的說明書筒扒，應(yīng)該是最有用的資料。
GBA教程TONC绊寻。非常全面花墩，很有深度，但有些地方難度也比較大澄步。這個教程也講了如何配置環(huán)境冰蘑，包括visual c++ 和 NP2編輯器的配置。此外還講了makefile的原理和編寫方法村缸。（可惜中國打不開）
GBA開發(fā)網(wǎng)站祠肥。存了很多開發(fā)的軟件和資料，還有別人做好的游戲梯皿。
下一篇文章我會再講講GBA的硬件和基本運(yùn)行原理仇箱，之后就開始寫光線追蹤程序县恕。
如果有機(jī)會我會再寫一篇文章講講如何調(diào)試GBA程序。
附錄
