了解 background 如何繪圖之后，sprite 也就簡(jiǎn)單一些了

1. OAM

細(xì)心的人可能會(huì)注意到，結(jié)合到 PPU 內(nèi)存映射時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，PPU 總線上沒(méi)有和 sprite 直接相關(guān)的信息

• pattern table：存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)
• name table：存儲(chǔ) background 在 pattern table 的索引
• palette：調(diào)色板

以上數(shù)據(jù)沒(méi)有任何一個(gè)指明了 sprite 的信息，那么 sprite 信息是放在哪里的？
這里就要提到 OAM 了，OAM 全稱(chēng) Object Attribute Memory，位于 PPU 芯片中，一共 256 bytes，一個(gè) sprite 用 4 bytes，所以總共能表示 64 個(gè) sprite。但是 OAM 并不存在于 PPU 或 CPU 總線上，需要 CPU 通過(guò) PPU 寄存器或者 DMA 方式才能寫(xiě)入

• 寄存器寫(xiě)入
  通過(guò) OAMADDR（0x2003） 和 OAMDATA（0x2004） 寫(xiě)入 OAM 數(shù)據(jù)，寫(xiě)入前首先通過(guò) OAMADDR 寫(xiě)入起始地址，之后通過(guò) OAMDATA 寫(xiě)入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以連續(xù)寫(xiě)入，每寫(xiě)入一次地址自動(dòng) +1
• DMA 寫(xiě)入
  通過(guò) OAMDMA（0x4014） 寫(xiě)入 CPU PAGE 地址，之后 DMA 會(huì)自動(dòng)將 CPU 整個(gè) PAGE 的數(shù)據(jù)拷貝到 OAM 中。CPU PAGE 為 256 bytes，比如往 OAMDMA 寫(xiě)入 2，則會(huì)將 CPU 總線上的 0x200 ~ 0x2FF 的數(shù)據(jù)拷貝到 OAM。另外，DMA 會(huì)占用 512 個(gè) CPU 時(shí)鐘（奇數(shù) CPU 周期還會(huì)再加一個(gè)時(shí)鐘，前期可以先不考慮）
  DMA 寫(xiě)入速度快于寄存器寫(xiě)入，所以追求效率的時(shí)候會(huì)采用此方式

2. Sprite 數(shù)據(jù)

一個(gè) Sprite 在 OAM 中需要 4 bytes：

• Byte 0:
  Sprite 的 Y 坐標(biāo)
• Byte 1:

  76543210
  ||||||||
  |||||||+- Bank ($0000 or $1000) of tiles
  +++++++-- Tile number of top of sprite (0 to 254; bottom half gets the next tile)
  

  該字節(jié)類(lèi)似于 name table，sprite 有 2 種模式：
  1. 8 x 8
     整個(gè) byte 類(lèi)似于 name table，由 PPUCTRL 的 bit 3 選取 bank 之后，加上自身數(shù)據(jù) x 16 得到偏移量
  2. 8 x 16
     該模式下 PPUCTRL 的 bit 3 不再起作用，bank 由 bit 0 決定，并且偏移量不再是 x 16，而是 x 32，具體參考 http://wiki.nesdev.com/w/index.php/PPU_OAM，講得非常清楚
• Byte 2:

  76543210
  ||||||||
  ||||||++- Palette (4 to 7) of sprite
  |||+++--- Unimplemented
  ||+------ Priority (0: in front of background; 1: behind background)
  |+------- Flip sprite horizontally
  +-------- Flip sprite vertically
  

  bit 0-1 決定高 2 bit 的 palette，類(lèi)似于 attribute table 的功能
  bit 5 決定優(yōu)先級(jí)，如果 sprite 像素和 background 像素都不是透明像素的情況下（即 palette index % 4 != 0），則決定了到底顯示 sprite 還是 background
  bit 6-7 決定是否翻轉(zhuǎn)像素，比如人物往右走設(shè)置為不翻轉(zhuǎn)，往左走則設(shè)置為垂直翻轉(zhuǎn)
• Byte 3:
  Sprite 的 X 坐標(biāo)

3. Sprite 0 hits

Sprite 有一個(gè)非常特殊的地方，叫 精靈 0 命中，如果不實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的話，很多游戲都沒(méi)法正常運(yùn)行，比如馬里奧 1，沒(méi)實(shí)現(xiàn)的情況下，會(huì)一直卡在主界面

該功能的作用是，如果 PPU 在渲染的時(shí)候，如果 background 的不透明像素與 sprite 0 的不透明像素重疊的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生 sprite 0 hits，并且在當(dāng)前幀只會(huì)產(chǎn)生一次

同時(shí)，產(chǎn)生 hit 也是有條件的，具體參考：http://wiki.nesdev.com/w/index.php/PPU_OAM#Sprite_zero_hits

那么它的作用是什么？主要用來(lái)分割屏幕。之前在 background 時(shí)介紹過(guò)，CPU 通過(guò) PPUSCROLL 來(lái)控制背景移動(dòng)，但是如果希望屏幕上半部分靜止，下半部分移動(dòng)呢？比如馬里奧 1：

giphy.gif

可以看到頂部的狀態(tài)欄始終是靜止的，如果 CPU 不知道 PPU 繪制到哪里的情況下，這個(gè)功能沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)。通過(guò) sprite 0，放置一個(gè) sprite 到需要的地方，產(chǎn)生 hit 之后，CPU 再修改 PPUSCROLL，就能達(dá)到屏幕分割的效果了

4. 時(shí)序

這個(gè)圖前面 2 章看過(guò)好幾遍了

tim

相對(duì)于 background，sprite 時(shí)序簡(jiǎn)單一些

sprite 只在 pre-render line 和 visible line 求值，在 visible line 與 background 一起渲染

PPU 內(nèi)部有一塊 Secondary OAM 內(nèi)存，大小為 4 * 8 = 32 bytes，用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前掃描線上的 8 個(gè) sprite，這也從側(cè)面說(shuō)明：PPU 最多支持 8 個(gè) sprite 在一條 scanline 上

• Scanline 的 1 - 64 周期，會(huì)清空 Secondary OAM，將 Secondary OAM 的值全寫(xiě)為 0xFF
• Scanline 的 65 - 256 周期，對(duì)下一條 scanline 的 Secondary OAM 求值，遍歷 OAM 內(nèi)存，將符合對(duì)應(yīng) scanline 的 OAM 寫(xiě)入 Secondary OAM
• Scanline 的 257 - 320 周期，通過(guò) Secondary OAM，計(jì)算對(duì)應(yīng) scanline 的 OAM 像素值，用于之后的渲染

詳細(xì)操作參考：http://wiki.nesdev.com/w/index.php/PPU_sprite_evaluation

5. 總結(jié)

至此 PPU 的原理已經(jīng)全過(guò)了一遍了，sprite 內(nèi)存數(shù)據(jù)和顯示這里也就不展示了，和 09 章對(duì) background 數(shù)據(jù)舉例的流程相同。另外代碼也就不舉例了，PPU 相比 CPU 確實(shí)復(fù)雜太多，沒(méi)法切分為小段代碼。最好結(jié)合 fceux 強(qiáng)大的調(diào)試功能，結(jié)合源碼查看