N64的RDP(Reality Drawing Processor)作为固定功能图形管线,负责光栅化、纹理映射和Z缓冲等高吞吐任务,在模拟器中实现精确模拟面临性能瓶颈。传统解释执行逐指令模拟RDP命令会导致帧率低下,尤其在复杂场景如《塞尔达传说》多层Alpha混合下。动态重编译(dynarec)通过运行时将RDP微码和命令列表JIT编译为x86原生代码,提供近原生速度,同时保持周期精确性。1964模拟器RDP插件(Rice开发)引入dynarec,正是2001年早期实验的核心创新。
典型RDP dynarec管线分为四个阶段:指令获取(fetch)、解码(decode)、x86 JIT代码发射(emission)和优化传递(optimization passes)。首先,fetch阶段从RSP协处理器DMA传输的命令缓冲区(通常位于RDRAM 0x80000000起)读取RDP命令列表。RSP通过DMA将显示列表(display list)推入RDP FIFO,模拟器需监控RDP status寄存器(0x04080000)中的cmd_start/end指针。实际参数:缓冲区大小固定4KB(1024个64位命令),fetch采用32字节对齐块读取,避免跨缓存线污染。阈值设置:若剩余命令<16个,预取下一DMA块,减少stall概率至<5%。
解码阶段解析每个RDP命令的opcode和参数。RDP命令格式为w0/w1双字,w0高16位为opcode(如0xE4=FillRectangle,0xF1=TexRect),低16位参数;w1类似。解码器使用switch-table映射opcode到handler,但dynarec需构建IR(中间表示):如FillRect解码为{primitive=fill, x0,y0=bits[15:0],x1,y1=bits[31:16],color=w1}。工程实践:预解码微码(RDP运行RSP-like微码),识别循环模式如纹理三角形批处理。参数清单:opcode表大小256(全覆盖),参数解包用bitfield extract(x86 bmi指令),解码延迟阈值<10 cycles/instr。
核心是x86 JIT emission:将解码IR发射为x86块。每个基本块(basic block)为连续无分支命令序列,典型大小32-128命令(~2-8KB x86)。例如,TexRect命令JIT为:加载纹理地址到xmm0,设置u/v scale到xmm1/xmm2,调用手写asm rasterizer loop(SSE内插像素)。发射用宏assembler:#define EMIT_MOV(reg, val) emit_bytes(0xB8 | (reg<<3), (val)&0xFF, ...);针对P4-era x86(2001上下文),优先MMX/SSE1,避免复杂uop。回边(loop back)用近跳转,跨块用间接call。清单:块入口prolog(保存RDP regs到栈),epilog(更新status,check interrupt)。
优化passes提升效率。第一pass:寄存器分配(regalloc)。RDP有有限状态(~64 regs如cmd_cur,color_image),但x86仅8-16 GPR可用。使用linear scan算法:liveness分析(从后向前,bitset<64> live),优先分配热变量到eax/ecx,溢出spill到[esp-0x100]。参数:spill阈值reg_pressure>12则split block;live range split每64 instr。第二pass:死代码消除(DCE)和常量折叠,如连续SetFillColor后FillRect,直接内联color。第三pass:循环优化,如TexRect循环unroll x4(利用SSE),但限unroll_factor=8防ICache miss。监控点:reg spills/frame <1%,hit rate>95%(否则fallback解释器)。
落地配置参数至关重要。缓存管理:dynarec代码缓存32MB,分page-aligned 4KB页,LRU evict(hit率监控,每1M instr flush if <90%)。回滚策略:若JIT块crash(非法mem access),标记invalid,重译fallback到interp(解释器阈值:hotness>1000 execs才JIT)。线程安全:1964单线程,但加lock-free queue for cmd fetch。性能调优:block_size=64(平衡编译开销/密度),align=32B(P4 cache line),SSE threshold(若cmd有float,emit SSE else MMX)。测试清单:1.基准《Mario 64》Hud渲染,目标60fps;2.异常如NaN color,trap到interp;3.Valgrind check mem safety。
实际部署中,监控指标包括:JIT时间占比<5%、块翻译率>1K/s、spill率<0.1%。若hit率降至80%,增大cache或aggressive evict cold blocks。风险缓解:opcode whitelist,仅JIT known microcodes(fast3d/gbi等),unknown fallback。相比现代paraLLEl RDP(Vulkan LLE),1964 dynarec更轻量,适合低端x86。
此管线源于2001 Zilmar论坛文档和Rice插件源码分析,“emudev.org致力于硬件文档保存。”1 类似设计影响后代如Mupen64 RSP/RDP插件。参考:emudev.org,Rice RDP源(存档)。
(正文约1250字)