Game Boy 上 Assembler 实现的 Rungler 合成器

Game Boy 合成器：用汇编语言打造 Rungler

为 Game Boy (DMG/CGB) 开发一款受模块化合成与序列器启发的软件合成器。本项目从模拟 Rungler 电路 开始——这是 Rob Hordijk 的设计，包括两个振荡器和一个移位寄存器，用于产生混沌调制。全程使用 Sharp SM83 汇编实现，仅在 BGB 和 SameBoy 模拟器上测试。

背景与灵感

灵感来源于发现 Ess Mattisson 的作品：他在 Dirtywave M8 上做的单轨即兴演奏，以及 Junior 插件——一款类似 LSDJ 的 4 位合成器。RetroPlug 可以将 Game Boy 模拟器作为 VST 插件接入 DAW，并支持 MIDI 控制。目标？从 Game Boy 的 APU（4 个声道：2 个脉冲波、1 个方波、1 个噪声）中榨取出混沌音效——哔哔声、咚咚声和噪声。

Rungler 电路：两个振荡器，其中一个触发 3 位线性反馈移位寄存器 (LFSR)。其输出（0–7）调制振荡器的频率。混沌理论的完美体现——微小的参数调整就能产生截然不同的声音。

Game Boy 技术能力

拆解 APU 和 CPU，评估可行性：

• 移位寄存器：8 位字节，支持位运算（移位、OR）。实现简单。
• 振荡器：通道 1–2（带占空比的脉冲波）。最低频率 64 Hz，加上计数器用于下采样。通道 1 支持扫频。
• 调制：写入音频寄存器（如 $FF17 控制 CH1 音量）。无硬件乘法，使用位运算代替。音量：4 位（0–$F）。频率：NR13/NR14，在帧结束时应用，不重触发。
• 读取振荡器：仅 GBC 支持（未文档化寄存器），BGB/SameBoy 均兼容。
• UI：VRAM 中的精灵，VBlank 中断（约 60 Hz，4560 个周期）用于更新。基于图块的图形，分辨率 160x144。

实时陷阱：重触发声道会产生爆音；频率调制更平滑。

汇编开发

工具：RGBDS + VSCode 插件。为何选汇编而非 C？实时优化——剖析他人 C 代码发现它们也大量内嵌汇编。

关键挑战：

• VBlank 时机：逻辑置于中断中，控制在 1500 周期内（经 profiler 验证）。超限会导致撕裂（屏幕垃圾）。
• 16 位运算：手动操作 A 寄存器，追踪进位。
• 位运算：无乘除法——用查表或移位/OR/XOR 替代。
• 内存：VRAM 写入仅限 VBlank（扫描线 0–153）。

入门：教程、Pandocs、AI 辅助写“Hello World”。UI：光标、参数（频率、调制），响应式更新。

实现与限制

• LFSR 逻辑：由 osc1 触发，osc2 门控输入。3 位 → DAC（0–7）→ 缩放 + 偏置 → 寄存器。
• 序列：LFSR 生成触发，周期性重触发。
• 优化：清屏、光标绘制、LFSR 可视化。Profiler 确保安全区。

成果：并非完整的 Blippoo Box（受 4 位和时机限制），更像 Double Knot。音效：从脉冲到噪声。

关键收获：

• Game Boy APU 适合 LFSR 调制，但实时受重触发和 4 位分辨率限制。
• VBlank 是 UI 成败关键（<1500 周期）；汇编提供宝贵余量。
• GBC 振荡器读取寄存器未文档化，依赖模拟器。
• 位运算替代乘法：足以实现混沌效果。
• 可扩展项目：Wave CH3、Karplus-Strong 下一步。

未来方向

下一步：4 位合成器（CH3 方波）、Karplus-Strong/Risset 鼓、视听表演（类似 Robert Henke）、profiler 调试、挑战 16 位运算极限。

— Editorial Team