梦开始的地方——FC游戏开发指南（7）高性能的秘密：DMA
（本系列是一个回归电子游戏原点的特别系列，作者 @goodorc_gamedev）
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上次文章介绍了精灵的概念。按照我们玩FC游戏的的经验，FC同屏处理几十个精灵应该不是难事。比如《沙罗曼蛇》，在模拟器里将背景层关闭，就可以看到同屏有几十个精灵同时在屏幕上运动：（一个敌人是由4个左右的精灵组成的，所以下图至少有30个以上的精灵）
但是当我用上次视频的方法，将精灵拷贝到显卡，发现只要超过10个精灵，就无法正常显示了。
这是为什么呢？
还是因为FC的CPU太慢了，速度不到PPU的三分之一，如果每帧通过0x2004端口循环拷贝几十个精灵，那么CPU会死给你看。
所以FC高性能的秘密，就在于——精灵数据能够以极高的速度传输给PPU，每秒轻松传递几十次，实现数十个精灵每秒几十次的移动、变换。
1、DMA（Direct Memory Access）
百度百科上DMA的介绍很直截了当：
DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU的大量中断负载。
简单来说，就是有一个专用硬件，它受CPU控制。只要CPU告诉它，把内存里的哪一段地址的数据搬到PPU，它就会以极高的速度将内存数据搬进PPU。而且它走的还是一条“高速公路”，叫做DMA总线。
在DMA传输阶段，CPU还可以腾出手做其它事情。
2、基于DMA的渲染流程
我按照参考资料，基于DMA改善了FC渲染流程，如图：
解释：
很多精灵对象，用struct数组表示，数组做成固定长度的即可。
★ 注意精灵数组的起始地址是专门指定的，下面会提到。
每一帧更新每个精灵对象的tile、位置等等。不需要的精灵填0即可。
在原来的程序中，每一帧要通过load_SP函数将精灵拷贝到PPU。但这次改为直接控制DMA，作用一样是把很多精灵对象更新到PPU。
一旦想清楚了，就是这么简单。
DMA传输的C语言写法：
参数page=2，start=0是怎么回事呢？
任天堂文档里是这么说的：
$4014 写
DMA 访问精灵 RAM：通过写一个值 xx 到这个端口，引起 CPU 内存地址为$xx00－$xxFF 的区域传送到精灵内存
简单解释：端口0x4014是一个DMA控制端口，往里写一个0~255的数字，就会启动DMA，将内存中0xXX00 ~ 0xXXFF的数据传输到PPU的精灵区。比如写上2，就会自动拷贝0x0200 ~ 0x02FF这一段精灵数据。
内存中一整块256字节的区域，比如从0x1A00 ~ 0x1AFF ，称之为一页（page）。
另一个参数start应该是偏移量，暂时填0即可。
3、C语言特性——直接指定变量的内存地址
我们一般学习C语言都是用PC机学习，内存足够用，内存地址也是由操作系统分配。但到了FC这种单片机系统，就要借用更高级的C技巧了。
既然DMA要求必须事先说定精灵数据的地址，而且说好是传一整页。这就要求必须把精灵放在指定的地方，比如从0x0200开始，一直放到0x02ff，共256字节。每个精灵对象4字节（tile, x, y, attr），一页可以放64个精灵。
写法像这样：
如果这样定义，初始化的写法：
只要用到精灵数据的地方，都要用类似的写法修改。也许有更好的写法。
至此，大家既可以参考第一篇文章放出的《spitfire》射击游戏项目，也可以在《移动》简单项目中修改。
4、实例
《移动》的测试项目，加入DMA后代码修改如下：
上面这段代码与之前的效果相同。读者可以给它加上发射子弹的功能，看看最多能同时发射多少子弹。
5、将DMA指令写成汇编
像DMA这种每帧调用的必要操作，写在C语言循环里仍然不是最佳选择。最好的办法是直接写成汇编，连函数调用也省了。
修改之前看过的crt0.s文件，找到中间的标签nmi：
nmi是一个特殊的中断，在电视机的每帧渲染完毕后触发，在这里做一些每帧都需要做的DMA工作再合适不过了。
在inc tickcount那句代码之前，插入DMA操作代码：
编写完毕后，应删除C语言中的SP_DMA(2,0)函数调用，显示效果不变。
至此关于精灵Sprite的讨论告一段落，下一期将介绍FC的背景地图与卷轴功能。
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