MAME 破解 Hyper Neo Geo 64 仿真：20 年逆向工程的成果

Hyper Neo Geo 64（简称 HNG64）是 SNK 于 1997 年推出的 3D 街机硬件平台，以其独特的硬件设计和少量但高质量的游戏闻名，如《侍魂 64》、《饿狼传说 3D》和《顶级街头风云 64》。这一平台的仿真挑战在于其专有的保护机制和复杂的内存管理，导致长期以来 MAME（Multiple Arcade Machine Emulator）中仅能实现部分功能，尤其是声音和精确时序。20 年来，开发者通过持续的逆向工程，终于在最近的版本中实现了周期精确的仿真，这不仅恢复了硬件的完整行为，还为保存街机遗产提供了宝贵经验。

HNG64 的核心是 R4300i MIPS CPU 与 Reality Coprocessor II（RCP II）图形芯片的组合，类似于 Nintendo 64，但 SNK 添加了专有的保护芯片来防止 ROM 转储和非法复制。这一芯片集成在主板上，负责加密和解密关键数据流，包括 DMA（Direct Memory Access）引擎的控制。DMA 引擎是 HNG64 的关键组件，用于高效传输 3D 图形数据和音频样本，但其行为高度依赖于 CPU 周期精确的时序。早期仿真尝试往往忽略了这些细节，导致图形撕裂、声音缺失或游戏崩溃。

逆向工程的过程从硬件转储开始。开发者首先通过 JTAG 接口或逻辑分析仪捕获保护芯片的 I/O 信号，揭示了其基于简单状态机的加密算法。该芯片使用 64 位密钥轮换加密 DMA 传输的地址和数据，密钥派生自 CPU 的时钟计数器。这要求仿真器模拟精确的时钟周期，以同步密钥生成。进一步分析显示，DMA 引擎支持 burst 模式传输，长度可达 64 字（256 字节），但保护芯片会动态插入延迟周期以防止侧信道攻击。使用示波器和信号发生器，团队重建了这些延迟模式，发现它们与 RCP II 的顶点缓存同步，确保 3D 渲染的无缝性。

在 MAME 中的实现聚焦于周期精确的 CPU 核心。MAME 的 MIPS R4300i 仿真已高度优化，但为 HNG64 添加了自定义钩子：在每个指令周期结束时检查 DMA 请求，并模拟保护芯片的干预。DMA 引擎被重写为状态驱动模型，支持三种模式：标准、保护和高速。标准模式用于常规内存复制，保护模式激活加密，高速模式绕过缓存用于实时音频混合。声音系统依赖于自定义的 ADPCM 解码器，与 DMA 紧密耦合；早期版本的声音缺失源于 DMA 延迟的低估，导致样本缓冲溢出。

证据显示，这一突破源于对硬件行为的精确建模。例如，在《顶级街头风云 64》中，保护芯片会周期性地验证 DMA 完整性，如果检测到异常，则触发软重置。仿真中，通过注入时序钩子，开发者验证了 100% 的 DMA 事务匹配真实硬件的波形。音频改进包括对 Akai MPC 采样器的支持，HNG64 使用其变体处理 3D 空间音效；新核心模拟了 MPC 的 DMA 优先级队列，确保声音与图形同步无延迟。

要落地这一仿真，开发者需关注几个关键参数。首先，启用周期精确模式：在 MAME 的 mame.ini 中设置 cpu_cycles = exact，并针对 HNG64 驱动指定 -cycles 100% 以匹配 93.75 MHz 主频。DMA 模拟阈值默认为 4 周期延迟，可通过 -dma_delay 调整为 2-6，根据游戏测试优化；过低会导致缓存未命中，过高则引起渲染掉帧。其次，声音配置：使用 -sound ym2151 -samplerate 44100，并启用 -drc_enable 以加速 MIPS 解码，但对于 HNG64 建议关闭以确保准确性。保护芯片仿真通过 -protect_chip on 激活，默认密钥轮换间隔为 1024 周期。

监控要点包括使用 MAME 的调试器（-debug）观察 DMA 事务日志，验证传输长度和延迟是否符合预期。常见问题如图形闪烁可通过 -video opengl -prescale 2 缓解，确保 GPU 同步。回滚策略：若仿真不稳，降级到 MAME 0.280 版本，仅使用图形核心而禁用声音 DMA。

对于 ROM 准备，HNG64 需要完整的 8 款游戏集：确保 BIOS 为 hng64.zip，且每个游戏 ZIP 包含加密的 .rom 文件。清单检查：1. 验证 CRC32 校验和匹配 MAME DAT 文件；2. 测试开机自检通过无保护错误；3. 运行基准场景，如《饿狼传说 3D》的战斗循环，确认 FPS 稳定在 60；4. 音频测试：播放 BGM 和 SFX，确保无爆音或静默；5. 时序验证：使用 -verbose 记录周期计数，与硬件规格对比偏差 <1%。

这一成就不仅使 HNG64 游戏在现代硬件上完美运行，还为类似专有硬件的仿真提供了模板。未来，MAME 可扩展到更多 SNK 系统，推动街机保存的进步。通过这些参数和清单，开发者能可靠部署周期精确仿真，避免常见陷阱，实现沉浸式体验。

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