На помойку? Никак нет! Пишем нативные приложения для дешевых китайских телефонов

Если сейчас приехать в пункт приема металлолома, то можно обнаружить просто огромные кучи различных телефонов и прочих электронных «отходов», которые стоят под открытым небом и ждут, когда придёт их черёд окончательного разложения. Однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что многие девайсы оказываются полностью рабочими даже после недельного лежания под палящим солнцем и проливными дождями, а сдали их в чермет по причинам «не нужен, надоел, купил новый» и т. п. Я не считаю это правильным, ведь даже в простые кнопочные звонилки имеется возможность вдохнуть новую жизнь, если знать один интересный, но малоизвестный факт: для них можно писать нативные приложения на C и использовать железо телефона в своих целях. А это, на минуточку, как минимум: дисплей с подсветкой, вибромотор, динамик, клавиатура и GSM-радиомодуль с возможностью выхода в сеть. Сегодня мы с вами: узнаем, на каких аппаратных платформах работают китайские телефоны, какие существуют программные платформы и где взять для них SDK, а в практической части мы напишем 2D-игру с нуля, которая будет работать на многих китайских кнопочниках. Интересно? Тогда жду вас под катом!

Содержание:

• Не J2ME едины
• Аппаратные ресурсы
• Кроссплатформенный рантайм
• Кроссплатформенный рантайм: Win32
• Кроссплатформенный рантайм: MRE
• Кроссплатформенный рантайм: VXP
• Наконец-то пишем игру
• Тестируем на реальных девайсах
• Заключение

❯ Не J2ME едины

Думаю, многие мои читатели помнят о такой платформе, как J2ME. Java-приложения стали фактически основной возможностью расширения функционала телефонов в 2000-х годах. API для них был достаточно хорошо стандартизировано, программы не зависели от архитектуры процессора и ОС устройства, а порог вхождения для написания собственных приложений был довольно низкий и даже новички могли за пару дней написать свою игрушку или какое-нибудь GUI-приложение!

Игра для Mophun3D

В какой-то момент, ближе к 2006-2007 году, прилавки российских официальных ритейлеров (по большей части это были телефоны Fly) и неофициальных продавцов на рынках заполонили различные китайские телефоны, которые предлагали какой-то немыслимый функционал для тех лет за копейки, да ещё и визуально напоминали флагманские модели известных брендов. Пожалуй, одним из самых популярных таких телефонов была Nokla TV E71/E72 (да, именно «нокла»), вышедшая примерно в 2008 году и производившаяся аж до 2011 года! За 2-3 тысячи рублей (это менее 100 баксов), пользователь получал здоровый 2.4" дисплей с разрешением 240x320 весьма неплохого качества (когда в те годы многие продолжали ходить с 176x220), да ещё и с тачскрином, гироскоп, огромный громкий динамик (пусть и не очень качественный), поддержку SD-карточек до 32Гб, нередко фронтальную камеру, а также премиальный дизайн с вставками из алюминия. Частенько китайцы заботливо клали в коробку ещё чехольчик и дополнительный аккумулятор :)

Были даже полные копии существующих устройств от Nokia. Особенно китайцы любили подделывать массовые модели на S40: они были очень популярными и китайцы хотели откусить свой кусок рынка у Nokia. Пусть и рынка серого импорта — очевидно, в салонах связи подделки никто не продавал:

Но была и ложка дёгтя в этой бочке меда: китайские телефоны очень часто не имели поддержки Java, из-за чего многие пользователи разочаровывались в них из-за отсутствия возможности установить необходимые им приложения. Никакой тебе оперы, аськи, игр… Скорее всего, это связано с необходимостью отчислений Sun, а также разработчикам реализации J2ME-машины (JBed/JBlend) и установки чипа флэш-памяти чуть большего объёма.

Но многие пользователи не знали, что такие девайсы не просто поддерживали сторонние приложения, но и умели выполнять настоящие нативные программы, написанные на полноценном C! Всему помешала китайская костыльность и тотальная закрытость. Платформа предполагалась для работы на внутреннем рынке. Для вызова менеджера нативных приложений необходимо было вводить специальный инженерный код в номеронабирателе, предварительно скопировав приложение в нужную папку, а SDK долгое время было платным и доступно только для компаний из Китая. Кроме того, далеко не все приложения могли запустить на конкретном девайсе — были серьезные проблемы с совместимостью.

В ранних китайских телефонах использовалась платформа Mythroad (MRP, MiniJ) от китайской компании SkyWorks, которая лицензировала свою технологию производителям чипсетов. Поддержку MRP можно было встретить на телефонах с чипсетами MediaTek, Spreadtrum, а также MStar (и возможно Coolsand). Mythroad предоставлял некоторое API для работы с железом телефона и разработки как UI-приложений, так и игр, кроме того, Mythroad позволял хранить ресурсы в одном бинарнике с основной программой и даже имел какой-то интерпретируемый язык помимо возможности запуска нативного кода. Для работы таких приложений необходимо было скопировать менеджер приложений dsm_gm.mrp и игру в папку mythroad во внутренней памяти устройства или на флэшке, а затем набрать в номеронабирателе код *#220807#, иногда при отключенной первой SIM-карте. Костыльно? Костыльно! Откуда об этом знать среднестатистическому пользователю? Не откуда! Но работало!

Эта платформа поддерживалась на большинстве подделок под брендовые устройства Nokia, Sony Ericsson и Samsung, а также iPhone и на многих китайских кнопочных телефонах 2008-2010 годов.

Ближе к 2010 году MediaTek разработала свою собственную платформу, которая должна была заменить MRP — WRE (VXP). Эта платформа была гораздо шире с точки зрения функционала (например, был доступ к UART) и её API был вполне удобно читаем для программиста, а SDK свободно доступен для всех. Один нюанс всё портил — приложения без подписи привязывались к IMSI (даже не IMEI) симки в девайсе и на некоторых девайсах требовали переподписания под каждую конкретную SIM или патчинг дампа оригинальной прошивки телефона на отключение проверки подписи. Эта платформа поддерживалась на многих кнопочниках и смарт-часиках 2010-2020 годов: к ним относятся новодельные телефоны Nokia, телефоны DNS и DEXP, Explay и т. п. Для запуска приложений достаточно было выбрать файл с разрешением VXP в проводнике и просто запустить его. Но с совместимостью всё равно имелись проблемы: если запустить VXP для версии 2.0 и выше, мы получим лишь белый экран. Ну хоть не софтресет, и на том спасибо!

Далеко не все такие часы поддерживают MRE, смотреть нужно от устройства к устройству

❯ Аппаратные ресурсы<

Большинство китайских кнопочных телефонов работает на базе одних и тех же чипсетов. В конце нулевых чаще всего использовались чипсеты MT6225, SC6520 и некоторые чипы от Coolsand. Средние характеристики девайса были следующими:

• Процессор: ARMv5 ядро на частоте ~104МГц, ARM926EJ-S. Нет FPU, есть Thumb. Большую часть процессорного времени программа могла забрать себе.
• ОЗУ: ~4Мб SDRAM. Программам было доступно 512Кб-1Мб Heap'а. Это, в целом, довольно немало для большинства применений.
• Флэш-память: ~32Мб, пользователю доступно пару сотен килобайт. Да, вы не ослышались, килобайт! Однако можно без проблем использовать MicroSD-флэшки до 32Гб.
• Дисплей: от 128x128 до 320x480, почти всегда есть 18-битный цвет (262.000 цветов), в случае TV E71/E72 используется очень неплохая TN-матрица с хорошими углами обзора и яркой подсветкой. Иногда есть тачскрин.
• Звук: громкий динамик, наушники.
• Аккумулятор: ~800мАч, на некоторых девайсах может быть и 2.000мАч, а то и больше!
• Ввод: клавиатура, иногда была поддержка QWERTY.
• Внешние шины: почти всегда был доступен UART, причём его можно было свободно взять прямо с платы — он был явно подмечен! Взять GPIO с проца не выйдет (кроме, возможно, вибромотора), SPI и I2C также напрямую недоступны. Внешние шины можно реализовать с помощью UART через GPIO-мост из микроконтроллера.

В итоге мы получаем очень неплохие характеристики для устройства, которое сочетает в себе сразу всё. На базе такого девайса можно сделать и сигнализацию, и HMI-дисплей с интерфейсом для управления каким-нибудь устройством, и игровую консоль с эмуляторами… да на что фантазии хватает! И это за какие-то 200-300 рублей, если мы говорим о б/у устройстве или 600 рублей, если говорим о новом. Это дешевле, чем собирать девайс с подобным функционалом самому из готового МК (например, RP2040) и отдельных модулей. Кстати, дешевые 2.4" дисплеи на алике — это ни что иное, как невостребованные остатки дисплеев для подобных китайских телефонов на складах! А вы думали, откуда там значки на тачскрине снизу?

Однако в рамках данной статьи мы не будем ограничиваться лишь теорией и на практике напишем примитивную 2D-игрушку, которая будет работать сразу на трех платформах без каких-либо изменений в коде самой игры: Windows, MRP (Mythroad) и VXP. Но для того, чтобы достигнуть такого уровня абстракции от платформы, нам необходимо написать рантайм, который оборачивает все необходимые платформозависимые функции для нашей игры.

Игрушка будет простой: 2D скролл-шутер с видом сверху, а-ля Asteroids. Летаем по космосу, и стреляем по враждебным корабликам, стараясь не попасть под вражеские лазеры. Всё просто и понятно :)

❯ Практическая часть: Кроссплатформенный рантайм

Итак, что нам необходимо от абстракции для такой простой игры? Давайте посмотрим:

• Графика: очистка экрана, отрисовка спрайтов с прозрачностью (без альфа-блендинга, только колоркей), отрисовка текста. При возможности, желательно использовать нативное API системы для рисования графики, а не городить собственный блиттер. Формат пикселя фиксирован: RGB565 (65к цветов).
• Ресурсы: хранятся в одном образе с основной игрой. Фактически, все ресурсы упакованы в виде обычных массивов байт в заголовочных файлах. Я пользуюсь вот этой тулзой для конвертации спрайтов в массивы байтов.
• Звук: воспроизведение хотя-бы одного WAV-потока. Почему одного? Потому что далеко не на всех платформах есть доступ к аппаратному микшеру… да и вообще не везде есть прямой доступ к PCM (привет MRP), иногда разработчики ограничиваются лишь одним каналом для WAV-звука без возможности воспроизведения нескольких аудиофайлов одновременно.
• Ввод: абстракция от клавиатуры классического моноблока: стрелки, OK, левый и правые софткеи.
• Стандартная библиотека: не на всех платформах можно вызывать функции напрямую из stdlib. Как минимум в MRP и, например, «эльфах» для Motorola, нет возможности вызывать аллокатор, rand и некоторые другие функции из обычных заголовочников стандартной библиотеки. На таких платформах, системные инклуды дефайнами подменяют стандартные функции на своих реализации:

  #define malloc system_alloc
  #define free system_free

  Но если у нас игра кроссплатформенная, то и платформозависимые инклуды мы использовать не будем.

Выглядит всё достаточно просто, верно? Примерно такого набора функций хватит для нашей игры:

void sysLogf(char* fmt, ...);
void* sysAlloc(int len);
void sysFree(void* ptr);
int sysRand();

int gGetScreenWidth();
int gGetScreenHeight();
int gGetScreenColorDepth(); // Almost always 16
void gClearScreen(CColor* color);
void gDrawBitmap(CBitmap* bmp, int x, int y);
void gDrawText(char* text, int x, int y, CColor* color);

bool inHasTouchScreen();
int inGetKeyState();
bool inIsAnyKeyPressed();
int inGetPointerX();
int inGetPointerY();

void gameStart();
void gameUpdate();
void gameDraw();

❯ Win32

Давайте же перейдем к реализации рантайма на каждой платформе по отдельности. Начнём с Win32, поскольку адекватно отлаживать игру можно только на ПК.

На десктопе у нас будет фиксированное окно 240x320, в качестве GAPI будет использоваться аппаратно-ускоренный OpenGL, а для обработки ввода будет использоваться классически GetAsyncKeyState. Реализация точки входа, создания окна и инициализации контекста GL и главного цикла приложения у нас такая:

void gInit()
{
	hwnd = CreateWindowA("STATIC", "2D Framework", WS_VISIBLE | WS_SYSMENU, 0, 0, gGetScreenWidth(), gGetScreenHeight(), 0, 0, 0, 0);
	hPrimaryDC = GetDC(hwnd);

	PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd;
	ZeroMemory(&pfd, sizeof(pfd));
	
	if (!SetPixelFormat(hPrimaryDC, ChoosePixelFormat(hPrimaryDC, &pfd), &pfd))
	{
		sysLogf("SetPixelFormat failedn");
		exit(-1);
	}

	hGL = wglCreateContext(hPrimaryDC);
	wglMakeCurrent(hPrimaryDC, hGL);

	sysLogf("Renderer: %sn", glGetString(GL_RENDERER));
	sysLogf("Vendor: %sn", glGetString(GL_VENDOR));
	sysLogf("Version: %sn", glGetString(GL_VERSION));

	glEnable(GL_TEXTURE_2D);
	glEnable(GL_BLEND);
	glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glOrtho(0, gGetScreenWidth(), gGetScreenHeight(), 0, 0, 1);
}

void winMainLoop()
{
	while (IsWindow(hwnd))
	{
		MSG msg;

		while (PeekMessageA(&msg, hwnd, 0, 0, PM_REMOVE))
			DefWindowProc(hwnd, msg.message, msg.wParam, msg.lParam);

		gameUpdate();
		gameDraw();

		glFinish();
		SwapBuffers(hPrimaryDC);

		Sleep(1000 / 60);
	}
}

int main(int argc, char** argv)
{
	sysLogf("Portable 2D frameworkn");
	sysLogf("Version: " VERSION "n");
	
	gInit();

	gameStart();
	winMainLoop();
}

Реализация отрисовки спрайтов очень примитивная — OGL 1.0, полностью FFP, вся отрисовка — это 2 треугольника, формирующие квад. Спрайт заливается при первом использовании в текстуру, последующие кадры реюзается уже готовая текстура. Фактическая реализация всего рендерера — т. е. функций для рисования «просто картинок», без поддержки атласов, блендинга цветов:

void gClearScreen(CColor* color)
{
	float r = (float)color->r / 255;
	float g = (float)color->g / 255;
	float b = (float)color->b / 255;

	glClearColor(r, g, b, 1.0f);
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

#define GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5 0x8363
#define TEXTURE_COLORKEY 63519

void gPrepareBitmap(CBitmap* bmp)
{
	GLuint tex[1];
	glGenTextures(1, &tex);

	sysLogf("Uploading texture %dx%dn", bmp->width, bmp->height);

	unsigned char* data = (unsigned char*)malloc(bmp->width * bmp->height * 4);

	// Quick endian flip & color-space conversion
	for (int i = 0; i < bmp->width * bmp->height; i++)
	{
		unsigned short pixel = *((unsigned short*)&bmp->pixels[i * 2]);

		float r = (float)(pixel & 31) / 32;
		float g = (float)((pixel >> 5) & 63) / 64;
		float b = (float)(pixel >> 11) / 32;

		data[i * 4 + 2] = (unsigned char)(r * 255);
		data[i * 4 + 1] = (unsigned char)(g * 255);
		data[i * 4] = (unsigned char)(b * 255);

		data[i * 4 + 3] = pixel == TEXTURE_COLORKEY ? 0 : 255;
	}

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex[0]);
	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
	glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, bmp->width, bmp->height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);

	free(data);

	bmp->_platData = tex[0];
}

void gDrawBitmap(CBitmap* bmp, int x, int y)
{
	gDrawBitmapEx(bmp, x, y, 0, 0);
}

void gDrawBitmapEx(CBitmap* bmp, int x, int y, CColor* colorKey, CColor* mulColor)
{
	if (!bmp->_platData)
		gPrepareBitmap(bmp);

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, (GLuint)bmp->_platData);

	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(0, 0);
	glVertex2i(x, y);
	glTexCoord2f(1, 0);
	glVertex2i(x + bmp->width, y);
	glTexCoord2f(1, 1);
	glVertex2i(x + bmp->width, y + bmp->height);
	glTexCoord2f(0, 1);
	glVertex2i(x, y + bmp->height);
	glEnd();
}

С вводом тоже всё просто. Есть биндинг кнопок клавиатуры к кнопкам на кейпаде телефона. inGetKeyState предполагается вызывать один раз за кадр, поэтому функция опрашивает ОС о состоянии нажатых кнопок на клавиатуре и назначает состояние виртуальных кнопок относительно состояния физических кнопок на клавиатуре.

static int inKeyBinding[] = {
	VK_LEFT, KEY_LEFT,
	'A', KEY_LEFT,
	VK_RIGHT, KEY_RIGHT,
	'D', KEY_RIGHT,
	VK_UP, KEY_UP,
	'W', KEY_UP,
	VK_DOWN, KEY_DOWN,
	'S', KEY_DOWN,
	'Q', KEY_LS,
	'E', KEY_RS
};

bool inHasTouchScreen()
{
	return false;
}

int inGetKeyState()
{
	int result = 0;

	for (int i = 0; i < (sizeof(inKeyBinding) / sizeof(int)) / 2; i++)
	{
		if (GetAsyncKeyState(inKeyBinding[i * 2]) & 0x8000)
			result |= inKeyBinding[i * 2 + 1];
	}

	return result;
}

bool inIsAnyKeyPressed()
{
	return inGetKeyState() != 0;
}

int inGetPointerX()
{
	return 0;
}

int inGetPointerY()
{
	return 0;
}

Результат:

❯ MiniJ

Переходим к реализации рантайма для первой китайской платформы — MRP. Обратите внимание — я использую нативное API платформы для рисования спрайтов. Связано это с тем, что софтварный блиттер работает невероятно медленно даже с прямым доступом к скринбуферу устройства, а в чипсете предусмотрена отдельная графическая подсистема с командбуфером для быстрой отрисовки примитивов и графики:

SDK для MRE можно найти здесь (SKYSDK.zip): оно уже пропатчено от необходимости покупки лицензии. MRP не развивается более 10 лет, поэтому, думаю, его можно считать Abandonware. Компилятор находится в compiler/mrpbuilder.NET1.exe. За китайские SDK в публичном доступе нужно поблагодарить пользователя 4pda AjlekcaHgp MejlbHukoB, который раздобыл их на всяких csdn и выложил в свободный доступ :)

У MRP собственная система сборки, основанная на конфигурациях. Поскольку MRP может работать на устройствах с разными платформами и размерами дисплеев, под каждую можно настроить свой конфиг, который пережмет ресурсы в нужный формат. Дабы ничего не ломать, я заюзал абсолютные пути:

[information]
projectname=game.mpr
filename=game.mrp
appname=ScrollShooter
appid=30001
version=100
visible=1
cpu=3
vendor=monobogdan
output=bingame.mrp
description=ScrollShooter game by monobogdan
include=D:/SKYSDK/include/,D:/SKYSDK/include/plugins/
config=mtk240

[config_mtk240]
output=bingame.mrp
bmp_mode=normal
plat=mtk
[files]
file42 = platformplat_mrc.c
file44 = game.c
file45 = resourcesgamedata.c
file46 = graphics.c


Компиляция приложения:

mrpbuilder.net1.exe game.mpr

Начинаем с функций обработки событий и инициализации, которые вызывает рантайм при старте приложения: mrc_init вызывается при старте приложения, а mrc_event при возникновении события. Вся инициализация очень простая: создаём таймер для обновления и перерисовки состояния игры и вызываем инициализацию игры:

void mrc_draw(int32 data)
{
	mrc_clearScreen(0, 0, 128);
	
	gameUpdate();
	gameDraw();
	
	mrc_refreshScreen(0, 0, 240, 320);
}

int32 mrc_init(void)
{
	mrc_getScreenInfo(&screenInfo);

	gameStart();
	
	// Allocate timer
	globalTimer = mrc_timerCreate();
	mrc_timerStart(globalTimer, 1000 / 30, 0, mrc_draw, 1);
	
	return MR_SUCCESS;
}

int32 mrc_extRecvAppEvent(int32 app, int32 code, int32 param0, int32 param1)
{
        return MR_SUCCESS;
}
int32 mrc_extRecvAppEventEx(int32 code, int32 p0, int32 p1, int32 p2, int32 p3, int32 p4,int32 p5)
{
        return MR_SUCCESS;
}


int32 mrc_pause(void)
{
	return MR_SUCCESS;
}


int32 mrc_resume(void)
{
	return MR_SUCCESS;
}


int32 mrc_exitApp(void)
{
	
	return MR_SUCCESS;
}

С вводом тоже никаких проблем нет, нажатия кнопок прилетают как события в mrc_event. Переводим кейкоды MRE в наши кейкоды и сохраняем их состояние:

int32 mrc_event(int32 ev, int32 p0, int32 p1)
{
	int key = p0;
	int vKey = 0;
	
	switch(key)
		{
			case MR_KEY_LEFT:
				vKey = KEY_LEFT;
				break;
			case MR_KEY_RIGHT:
				vKey = KEY_RIGHT;
				break;
			case MR_KEY_UP:
				vKey = KEY_UP;
				break;
			case MR_KEY_DOWN:
				vKey = KEY_DOWN;
				break;
			
			case MR_KEY_SELECT:
				vKey = KEY_OK;
				break;
			case MR_KEY_SOFTLEFT:
				vKey = KEY_LS;
				break;
			case MR_KEY_SOFTRIGHT:
				vKey = KEY_RS;
				break;
		}
		
		if(ev == MR_KEY_PRESS)
			keyState |= vKey;
		
		if(ev == MR_KEY_RELEASE)
			keyState &= ~vKey;
	
	return MR_SUCCESS;

}

Опять же, отлаживать MRP-приложение под реальным устройством проблематично, поэтому платформозависимый код должен быть минимальным. Кроме того, обратите внимание, что некоторые функции в MRP зависят от библиотек-плагинов. Линкер слинкует вашу программу, но на реальном устройстве их вызов вывалится в SIGSEGV и софтресет устройства. Также нельзя использовать ничего из стандартной библиотеки именно в стандартных заголовочниках (т. е. stdlib.h, string.h и т. д.), часть стандартной библиотеки реализовывается MRP и дефайнится в mrc_base.h

void* sysAlloc(int len)
{
	return mrc_malloc(len);
}

void sysFree(void* ptr)
{
	mrc_free(ptr);
}

int sysRand()
{
	mrc_sand(mrc_getUptime());
	return mrc_rand();
}

Что интересно, защиты памяти толком нет. Если приложение падает в SIGSEGV или портит память — систему, судя по всему, ребутит Watchdog. Защиты памяти никакой, можно напрямую читать и писать в память ядра, а также писать в регистры периферии чипсета. jpegqs, покумекаем над этим? :)

Переходим к рендереру. Тут буквально две функции, gClearScreen очищает экран, а gDrawBitmap рисует произвольный спрайт с форматом пикселя RGB565. В качестве ROP используется BM_TRANSPARENT — таким образом, mrc_bitmapShowEx будет использовать левый верхний пиксель в качестве референсного цвета для реализации прозрачности без альфа-блендинга.

void gClearScreen(CColor* color)
{
	mrc_clearScreen(color->r, color->g, color->b);
}

void gDrawBitmap(CBitmap* bmp, int x, int y)
{
	mrc_bitmapShowEx((uint16*)bmp->pixels, x, y, bmp->width, bmp->width, bmp->height, BM_TRANSPARENT, 0, 0);
}

Да, всё вот так просто. Рантайм теперь запускается на реальных китайских девайсах и работает стабильно.

❯ VXP

Теперь переходим к VXP — платформе не менее неоднозначной, чем MRP. Пожалуй, начать стоит с того, что VXP существует аж в трёх версиях: MRE 1.0, MRE 2.0 и MRE 3.0. В MRE 2.0 и выше появилась поддержка плюсов (в MRE 1.0 только Plain C) и довольно интересного GUI-фреймворка, MRE 1.0 же предлагает реализовывать гуй самому. Платформа распространена на большинстве кнопочных телефонов и смарт-часиков на чипсетах MediaTek, примерно начиная с 6235 и заканчивания 6261D. SDK можно скачать вот здесь (см MRE_SDK_3.0).

VXP сам по себе более функционален чем MRE, поскольку ориентирован исключительно на телефоны с чипсетами MediaTek. Но что самое приятное — есть доступ к уарту без каких либо костылей! То есть, если сделать GPIO-мост на условной ESP32, то мы можем получить готовый мощный МК с клавиатурой, кнопками, дисплеем, звуком и т. д. Звучит не хило, да? Кроме того, у нас есть доступ и к BT, и к GPRS, и к SMS без каких либо ограничений.

Однако в бочке мёда нашлась и ложка дёгтя: для компиляции MRE-приложений необходимо накатывать и крякать довольно старый компилятор ADS, который сам по себе поддерживает только C89 (например, нет возможности объявить переменную в объявлении цикла или середине функции, только в начале, как в Pascal). ADS уже вроде как Abandonware, так что это вроде не наказуемо… но всё равно неприятно.

Кроме того, на некоторых девайсах (в основном, фирменных Nokia а-ля 225), прошивка требует подписи у всех бинарников, либо если бинарник отладочный, то должна быть привязка к конкретному IMSI.

К тому же, каждая программа должна фиксированно указывать в заголовке, сколько Heap-памяти ей необходимо выделить. Оптимальный вариант — ~500Кб, тогда приложение запустится вообще на всех MRE-телефонах.

Зато у VXP есть адекватный симулятор под Windows. Но зачем он нам, если у нас порт игры под Win32 есть? :)

Начинаем с инициализации приложения. В процессе вызова точки входа, приложение должно назначить обработчики системных событий, коих бывает несколько. Для обработки ввода и базовых событий хватает всего три: sysevt (события окна), keyboard (физическая клавиатура. Есть полная поддержка QWERTY-клавиатур), pen (тачскрин).

void vm_main(void) {
	layers[0] = -1;
	gameStart();
	
	vm_reg_sysevt_callback(handle_sysevt);
	vm_reg_keyboard_callback(handle_keyevt);
	vm_reg_pen_callback(handle_penevt);
}

Переходим к обработчику системных событий. Обратите внимание, что MRE-приложения могут работать в фоне, из-за чего необходимо ответственно подходить к созданию и освобождению объектов. Что важно усвоить с самого начала — в MRE нет понятия процессов и защиты памяти, как на ПК и полноценных смартфонах. Любая программа может попортить память или стек ОС, более того, программа использует аллокатор остальной системы, поэтому если ваша программа не «убирает» после себя, данные останутся в памяти со временем приведут к зависанию. Впрочем, WatchDog делает свою работу быстро и приводит телефон в чувство (софтресетом) за 1-2 секунды. Но как и в случае с MRE, есть приятный бонус: прямой доступ к регистрам чипсета :)

void handle_sysevt(VMINT message, VMINT param) {
	switch (message) {
		case VM_MSG_CREATE:
		case VM_MSG_ACTIVE:
			layers[0] = vm_graphic_create_layer(0, 0, 
				vm_graphic_get_screen_width(),		
				vm_graphic_get_screen_height(),		
				-1);
			
			vm_graphic_set_clip(0, 0, 
				vm_graphic_get_screen_width(), 
				vm_graphic_get_screen_height());
				
			screenBuf = vm_graphic_get_layer_buffer(layers[0]);
			gTimer = vm_create_timer(16, onTimerTick);
			
			break;
			
		case VM_MSG_PAINT:
			
			break;
			
		case VM_MSG_INACTIVE:
		case VM_MSG_QUIT:
			if( layers[0] != -1 )
				vm_graphic_delete_layer(layers[0]);
			
			vm_delete_timer(gTimer);
			
			break;	
	}
}

Переходим к обработке событий с кнопок. Тут всё абсолютно также, как и на MRE, лишь имена дейфанов поменялись :)

void handle_keyevt(VMINT event, VMINT keycode) {
	int vKey = 0;
	
	switch(keycode)
		{
			case VM_KEY_LEFT:
				vKey = KEY_LEFT;
				break;
			case VM_KEY_RIGHT:
				vKey = KEY_RIGHT;
				break;
			case VM_KEY_UP:
				vKey = KEY_UP;
				break;
			case VM_KEY_DOWN:
				vKey = KEY_DOWN;
				break;
			
			case VM_KEY_OK:
				vKey = KEY_OK;
				break;
			case VM_KEY_LEFT_SOFTKEY:
				vKey = KEY_LS;
				break;
			case VM_KEY_RIGHT_SOFTKEY:
				vKey = KEY_RS;
				break;
		}
		
		if(event == VM_KEY_EVENT_DOWN)
			keyState |= vKey;
		
		if(event == VM_KEY_EVENT_UP)
			keyState &= ~vKey;
}

И наконец-то, к графике! Пожалуй, стоит сразу отметить, что более 20-30 FPS на большинстве устройств вы не получите даже с прямым доступом к фреймбуферу. Похоже, это связано с тем, что в MRE довольно замороченная графическая подсистема с поддержкой альфа-канала (только фиксированного во время вызова функции отрисовки картинки/примитивов, сам пиксельформат всегда RGB565) и нескольких слоев. Кроме того, похоже есть ограничения со стороны контроллера дисплея.

Софтварный вывод спрайтов

Изначально, MRE предполагает то, что все картинки в программе хранятся в формате… GIF. Да, весьма необычный выбор. Однако для работы с пользовательской графикой, есть возможность блиттить произвольные картинки напрямую из RAM. Вот только один нюанс — посмотрите внимательно не объявление следующей функции:

void vm_graphic_blt(
    VMBYTE * dst_disp_buf, 
    VMINT x_dest, 
    VMINT y_dest, 
    VMBYTE * src_disp_buf, 
    VMINT x_src, 
    VMINT y_src, 
    VMINT width, 
    VMINT height, 
    VMINT frame_index
);

dst_disp_buf — это целевой RGB565-буфер. Логично предположить, что и src_disp_buf — тоже обычный RGB565-буфер! Но как бы не так. Документация крайне скудная, пришлось посидеть и покумекать, откуда в обычном 565 буфере возьмется индекс кадра. С подсказкой пришёл пользователь 4pda Ximik_Boda — он скинул структуру-заголовок, которая идёт перед началом каждого кадра. В документации об этом не сказано ровным счетом ничего!

Сначала я реализовал софтовый блиттинг, но он безбожно лагал. Мне стало интересно, почему нативный blt быстрее и… вопросы отпали после того, как я поглядел в ДШ чипсета: тут есть аппаратный блиттинг. И даже с ним девайс не может выдать более 20FPS!

Для реализации более-менее шустрого вывода графики, необходимо сначала создать канвас (фактически, Bitmap в MRE), создать и привязать к нему layer, получить указатель на буфер слоя и только потом скопировать туда нашу картинку. Да, вот так вот замороченно:

void gPrepareBitmap(CBitmap* bmp)
{
	VMINT cnvs = vm_graphic_create_canvas(bmp->width, bmp->height);
	VMINT layer = vm_graphic_create_layer_ex(0, 0, bmp->width, bmp->height, VM_COLOR_888_TO_565(255, 0, 255), VM_BUF, vm_graphic_get_canvas_buffer(cnvs));
	memcpy(vm_graphic_get_layer_buffer(layer), bmp->pixels, bmp->width * bmp->height * 2);
	
	vm_graphic_canvas_set_trans_color(cnvs, VM_COLOR_888_TO_565(255, 0, 255));
	
	bmp->_platData = (void*)cnvs;
}

void gDrawBitmap(CBitmap* bmp, int x, int y)
{
	int i, j;
	if(!bmp->_platData)
		gPrepareBitmap(bmp);
	
	vm_graphic_blt(screenBuf, x, y, vm_graphic_get_canvas_buffer((VMINT)bmp->_platData), 0, 0, bmp->width, bmp->height, 1);
}

И только после этого всё заработало достаточно шустро :)
В остальном же платформа довольно неплохая. Да, без болячек не обошлось, но всё же перспективы вполне себе есть.

На данный момент, этого достаточно для нашей игры.

❯ Пишем геймплей

Рантайм у нас есть, а значит, можно начинать писать игрушку. Хоть пишем мы на Plain-C, я всё равно из проекта в проект использую +- одну и ту же архитектуру относительно системы сущностей, стейтов и т. п. Поэтому центральным объектом у нас станет CWorld, который хранит в себе на пулы с указателями на другие объектами в сцене, а также игрока и его состояние:

typedef struct
{
	CPlayer player;

	int nextSpawn; // In ticks

	CEnemy* enemyPool[ENEMY_POOL_SIZE];
	CProjectile* projectilePool[PROJECTILE_POOL_SIZE];
} CWorld;

Система стейтов простая и понятная — фактически, между состояниями передавать ничего не нужно. При нажатии в главном меню на «старт», нам просто необходимо проинициализировать мир заново и начать геймплей, при смерти игрока — закинуть его обратно в состояние меню. Стейты представляют из себя три указателя на функции: переход (инициализация), обновление и отрисовка.

typedef void(CGameStateCallback)();

Поскольку мы хотим некоторой гибкости при создании новых классов противников, то вводим структуру CEnemyClass, которая описывает визуальную составляющую врагов и их флаги — могут ли они стрелять по игроку или просто летят вниз (астероиды), как они передвигаются (зигзагами например) и т. п.

typedef struct
{
	CBitmap* sprite;

	int speed;

	int maxHealth;
	int flags;
	int projectileDamage;
	int contactDamage;
} CEnemyClass;

typedef struct
{
	CEnemyClass* _class;

	int health;
	int nextAttack;
	int x, y;
} CEnemy;

        // Asteroid
	enemyClasses[0].sprite = &sprEnemy1;
	enemyClasses[0].flags = ENEMY_FLAG_NONE;
	enemyClasses[0].maxHealth = 45;
	enemyClasses[0].contactDamage = 15;
	enemyClasses[0].speed = 2;

	// Regular unit
	enemyClasses[1].sprite = 0;
	enemyClasses[1].flags = ENEMY_FLAG_CAN_SHOOT;
	enemyClasses[1].contactDamage = 20;
	enemyClasses[1].projectileDamage = 20;

	// ZigZag shooter
	enemyClasses[2].sprite = 0;
	enemyClasses[2].flags = ENEMY_FLAG_CAN_SHOOT | ENEMY_FLAG_ZIG_ZAG_MOVEMENT;
	enemyClasses[2].contactDamage = 20;
	enemyClasses[2].projectileDamage = 10;

А также описываем игрока:

typedef struct
{
	int health;
	int frags;
	int score;

	int speed;

	int nextAttack;
	int x, y;
} CPlayer;

Всё! Для текущего уровня реализации игры этого достаточно :)
Переходим к реализации игровой логики. Вообще, динамический аллокатор в играх для китайских платформ лучше использовать как можно меньше. Heap'а довольно мало (~600Кб), да и не совсем понятно, как этот аллокатор реализован, есть вероятность, что используется аллокатор и куча основной ОС.

Начинаем с реализации полёта кораблика. Для этого он должен реагировать на стрелки и не улетать за границы экрана, а ещё для красоты он должен «вылетать» из нижней границы экрана при старте игры:

        // Player update
	int keys = inGetKeyState();
	int horizInput = 0;

	if (keys & KEY_LEFT)
		horizInput = -1;

	if (keys & KEY_RIGHT)
		horizInput = 1;

	if(world.player.y > gGetScreenHeight() - sprPlayer.height - 16)
		world.player.y -= world.player.speed;

	world.player.x += horizInput * world.player.speed;
	world.player.x = clamp(world.player.x, 0, gGetScreenWidth() - sprPlayer.width);

Переходим к динамическим пулам с объектами. Как вы уже заметили, их всего два — враги и летящие снаряды. Реализация спавна врагов/снарядов простая и понятная: мы обходим каждый элемент пула, если указатель на объект не-нулевой, значит объект всё ещё жив и используется на сцене. Если нулевой — значит ячейка свободна и можно заспавнить новый объект:

CEnemy* spawnEnemy(CEnemyClass* _class)
{
	int i;

	for (i = 0; i < sizeof(world.enemyPool) / sizeof(CEnemy*); i++)
	{
		CEnemy* enemy;

		if (world.enemyPool[i])
			continue;

		enemy = (CEnemy*)sysAlloc(sizeof(CEnemy));
		memset(enemy, 0, sizeof(CEnemy));
		enemy->_class = _class;
		enemy->health = _class->maxHealth;
		enemy->x = randRange(0, gGetScreenWidth() - _class->sprite->width);
		enemy->y = randRange(-_class->sprite->height * 4, -_class->sprite->height);

		
		return world.enemyPool[i] = enemy;
	}

	return 0;
}

При обходе пула во время обновления кадра, мы обновляем состояние каждого объекта и если его функция Think вернула true, значит объект больше не нужен и его нужно удалить:

        // Enemy update
	for (i = 0; i < sizeof(world.enemyPool) / sizeof(CEnemy*); i++)
	{
		if (world.enemyPool[i])
		{
			if (enemyThink(world.enemyPool[i]))
			{
				sysFree(world.enemyPool[i]);
				world.enemyPool[i] = 0;
			}
		}
	}

А вот и реализация Think:

// If returns true, then enemy should be destroyed
bool enemyThink(CEnemy* enemy)
{
	enemy->y += enemy->_class->speed;

	if (enemy->y > gGetScreenHeight() || enemy->health <= 0)
		return true;

	return false;
}

Но кораблики должны же откуда-то появляться! Для этого у нас есть переменная nextSpawn, которая позволяет реализовать самый простой тип спавнера — относительно времени (или в нашем случае тиков):

        world.nextSpawn--;

	if (world.nextSpawn < 0)
	{
		// randRange(0, 3)
		CEnemy* enemy = spawnEnemy(&enemyClasses[0]);
		
		world.nextSpawn = randRange(40, 70);
	}

Результат: мы уже можем полетать и поуворачиваться от вражеских корабликов!

Но для игры этого пока маловато. Давайте добавим возможность стрелять лазерами! Для этого реализуем обход пула снарядов и проверим на столкновение каждый заспавненный вражеский кораблик: если снаряд столкнулся с корабликом, то мы отнимем у кораблика HP, а снаряд — задеспавним. Если у кораблика осталось меньше или 0 HP, то в следующем кадре он будет убран из сцены.

// Projectile update
	for (i = 0; i < sizeof(world.projectilePool) / sizeof(CProjectile*); i++)
	{
		if (world.projectilePool[i])
		{
			world.projectilePool[i]->y += world.projectilePool[i]->dir * world.projectilePool[i]->speed;

			for (j = 0; j < sizeof(world.enemyPool) / sizeof(CEnemy*); j++)
			{
				if (world.enemyPool[j])
				{
					if (aabbTest(world.projectilePool[i]->x, world.projectilePool[i]->y, sprLaser.width, sprLaser.height, 
						world.enemyPool[j]->x, world.enemyPool[j]->y, world.enemyPool[j]->_class->sprite->width, world.enemyPool[j]->_class->sprite->height))
					{
						world.enemyPool[j]->health -= world.projectilePool[i]->damage;

						sysFree(world.projectilePool[i]);
						world.projectilePool[i] = 0;
						break;
					}
				}
			}
		}
	}

Реализация стрельбы тоже совсем простая и также зависит от таймера:

         if (keys & KEY_OK && world.player.nextAttack < 0)
	{
		spawnProjectile(world.player.x + (sprPlayer.width / 2), world.player.y, -1, 15, 35);
		world.player.nextAttack = 15;
	}

        world.player.nextAttack--;

Смотрим на результат:

Уже что-то напоминающее игру! Осталось лишь добавить подсчет очков, менюшку, разные виды противников, возможно какие-то бонусы и у нас будет готовая простенькая аркада. В целом, выше приведена достаточно неплохая архитектура для простых 2D-игр на Plain C. Фактически, она может быть хорошей базой и для ваших игр: в теме о китах на 4pda я встречал немало людей, которые банально не знали, с чего начать.

❯ Что у нас получилось?

Но без тестов на реальных устройствах материал не был бы таким интересным! Поэтому давайте протестируем игру на двух реальных телефонах, как вы уже догадались, один — Nokla TV E71, а второй — клон Nokia 6700, который подарил мне мой читатель Никита.

На TV E71 игра идёт не сказать что очень бодро. Кадров 15 точно есть, что, учитывая разрешение 240x320, весьма неплохо для такого девайса.

На 6700,, даже учитывая более низкое разрешение — 176x220, дела примерно также — ~15FPS! Но поиграть всё равно можно. Уже хотите написать «автор наговнокодил, а теперь ноет из-за низкого FPS»? Ан-нет, я попробовал игры сторонних разработчиков — они идут примерно также :( К сожалению, таковы аппаратные ограничения устройства.

Исходный код игры с Makefile'ами и файлами проектов для Visual Studio и MRELauncher доступны на моём GitHub. Свободно изучайте и используйте его в любых целях :)

❯ Заключение

Но в остальном же, демка получилась довольно прикольной, как и сам опыт программирования для китайских телефонов. В общем и целом, китайцы пытались максимально упростить API и привлечь разработчиков к своей платформе. Если ради примера взглянуть на API для Elf'ов на Motorola, можно ужаснуться от state-based архитектуры платформы P2K. А тут тебе init, event, draw — и всё!

Но популярности помешала непонятная закрытость платформы, костыльный запуск программ, отсутствие нормального симулятора. А ведь сколько фишек было: даже возможность писать и читать память ядра!
А вы как считаете? Можно ли вдохнуть в китайские кнопочники новую жизнь, узнав о наличии возможности запуска нативного кода на них?

Крутые девайсы на фоне ковра, который старше автора в два раза. Всё как вы любите :)

P. S.: Друзья! Время от времени я пишу пост о поиске различных китайских девайсов (подделок, реплик, закосов на айфоны, самсунги, сони, HTC и т. п.) для будущих статей. Однако очень часто читатели пишут «где ж ты был месяц назад, мешок таких выбросил!», поэтому я решил в заключение каждой статьи вставлять объявление о поиске девайсов для контента. Есть желание что-то выкинуть или отправить в чермет? Даже нерабочую «невключайку» или полурабочую? А может, у этих девайсов есть шанс на более интересное существование! Смотрите в соответствующем посте, что я делаю с китайскими подделками на айфоны, самсунги, макбуки и айпады! Да и чего уж там говорить: эта статья уже сама по себе весьма наглядный пример!

Понравился материал? У меня есть канал в Телеге, куда я публикую бэкстейдж со статей, всякие мысли и советы касательно ремонта и программирования под различные девайсы, а также вовремя публикую ссылки на свои новые статьи. 1-2 поста в день, никакого мусора!

---