探秘超级任天堂游戏卡带内部：多种芯片助力游戏性能提升！

超级任天堂游戏卡带内部探秘

2024年4月21日，来探秘超级任天堂游戏卡带内部。超级任天堂显著特点之一，是游戏卡带（cart）能在ROM芯片存储的内容，远不止指令和游戏资源。打开卡带印刷电路板（PCB），能看到CIC防拷贝芯片、静态随机存取存储器（SRAM），甚至还有“增强处理器”等组件。

CIC防拷贝芯片

此前在[10NES]一文中，已深入探讨过超级任天堂（SNES）的防拷贝机制。该机制通过两个芯片同步通信实现，一个在游戏机主机内，另一个在游戏卡带中。若主机内的CIC芯片检测到异常，就会重置所有处理器。

并非所有SNES游戏卡带都有CIC芯片，像《超级3D诺亚方舟》这类未经授权的游戏就没安装。玩家若要游玩此类游戏，需先将该游戏卡插入游戏机，再插上一张官方游戏卡，让诺亚方舟游戏卡的CIC总线线路连接到官方游戏卡的CIC芯片上。

ROM：指令与游戏资源

因一直没找到完整的SNES游戏ROM大小列表，所以自己制作了一份。该列表涵盖美国、日本和欧洲地区的3378款游戏，具体数据见相关图表。

过去，游戏ROM大小通常以比特（bits）而非字节（bytes）表示。例如，《塞尔达传说3》的ROM大小以比特为单位是1048576 * 8 / (1024 * 1024) = 8Mb，而非宣传的1048576字节。有史以来发布的最大游戏《星海传说》，其ROM大小为48Mb（即6291456字节），而经典游戏《超级马里奥世界》仅用了524288字节（4Mb）的ROM。

若不想点击查看CSV文件，以下是一些值得关注的游戏：

SRAM

部分游戏支持保存进度，通过由电池供电的SRAM芯片实现。游戏机关闭时，SRAM进入低功耗模式以减少电池消耗。

在塞尔达传说3 PCB板中，能看到之前提到的CIC芯片（D413A）位于U4位置。U1位置是0x80000 = 524288字节的ROM；U2位置是一个LH5268AF - 10TLL芯片，提供64 Kbits（8 KiB）的SRAM；U3位置的MAD - 1芯片是一个内存地址解码器，用于仲裁对ROM/RAM的访问。

增强处理器

最著名的增强处理器是Super FX（又名“MARIO”，也被称为“GSU - 1”），1993年用于《星际火狐》游戏。不过在此之前就已有其他增强芯片（EC）被使用。

完整的SNES增强游戏列表可在相关平台找到，总共有13种增强芯片为72款游戏提供支持。

增强处理器：SA - 1

“超级加速器1”（Super Accelerator 1，简称SA - 1）是增强芯片中的佼佼者，有34款游戏卡带采用该芯片。它基于65C816 CPU（与SNES主机使用的CPU相同），但运行速度是其4倍，达到10.74 MHz，还配备了2KiB的SRAM和一个集成的CIC芯片。

在马里奥RPG PCB板中，因SA - 1芯片已集成CIC芯片，所以没有单独的CIC芯片。U1位置是包含游戏指令和资源的ROM芯片；U2位置是SRAM芯片（集成了解码器，因此无需MAD - 1芯片）；U3位置则是SA - 1芯片。

SA - 1芯片没有振荡器，使用游戏卡带端口的系统主时钟线，并在内部将其频率减半，最终运行频率为21.4772700 MHz / 2 = 10.74 MHz。其工作方式可在《超级任天堂开发者文档第二卷》中找到详细描述。启动时，SA - 1处于“停止”状态，SNES CPU会创建一个复位向量，并启动SA - 1，SA - 1的初始指令指针从该专用复位向量中获取。

SA - 1有加速器模式、并行处理模式和混合处理模式三种操作模式，在最强大的配置下，能使整个系统的性能提升5倍。

得益于处理性能的提升，SNES能够对图像处理器（PPU）中的128个精灵进行动画处理和碰撞检测，还允许实时对精灵进行变换并写回PPU的显存。任天堂的SA - 1演示卡带展示了这些显著改进。

SA - 1还被复古游戏社区用于改善过去因性能问题而出现卡顿的游戏，如消除《超级马里奥世界》的卡顿、去除《沙罗曼蛇III》的卡顿、去除《魂斗罗III》的卡顿等。

将游戏转换为支持SA - 1的过程似乎相当复杂，尤其需要重新映射RAM/ROM的访问。这有点令人费解，因为SA - 1的文档中提到“SNES和SA - 1使用相同的内存映射”。若知道原因，可发邮件告知。直到2019年，仍有人通过SA - 1收集项目努力实现自动重新映射，并让更多的SNES游戏支持SA - 1。

增强处理器：CX4

CX4是卡普空开发的芯片，为《洛克人X2》和《洛克人X3》两款游戏提供支持。它能进行3D线框渲染和大量数学运算，还可对精灵进行缩放和旋转，并将其写入显存。在《洛克人X2》的开场动画或BOSS战中能看到相关效果。

在洛克人X2 PCB板中，U4位置是防拷贝CIC芯片；U1位置是8M（8 Mbis = 1MiB）的ROM，包含游戏指令和资源；U2位置还有更多的ROM；U3位置则是CX4芯片。需要注意的是，X1位置有一个20MHz的振荡器，因为CX4芯片不使用游戏机的主时钟。

增强处理器：CS - DD1

DD1是一款精灵解压缩芯片，能直接向图像处理器的显存提供数据。它被用于《星海传说》和《街头霸王Alpha 2》两款游戏。

有传言称，DD1芯片是《街头霸王Alpha 2》在回合开始前出现黑屏问题的原因，Modern Vintage Gamer详细解释了其中原因，原来问题出在将声音样本传输到数字信号处理器（DSP）的RAM上。

《街头霸王Alpha 2》的游戏卡带在U1位置配备了大量的ROM（4 MiB），并使用DD1芯片实时解压缩游戏资源。这里没有单独的CIC芯片，因为它已经集成在DD1芯片中。

增强处理器：DSP - 1

DSP系列芯片支持19款游戏，其中DSP - 1芯片就占了16款，特别是像《超级马里奥赛车》和《飞行翼》这样的经典游戏。

这个名称选择不太恰当，因为DSP代表数字信号处理器，但它并不像大多数DSP那样处理连续信号。《超级任天堂开发者手册第二卷》对该芯片进行了详细介绍，它以阻塞模式工作，即DSP运行时，CPU处于等待状态。

在马里奥赛车PCB板中，U5位置是外部CIC芯片；U1位置是ROM；U3位置是用于保存游戏进度的SRAM；U4位置是用于ROM/RAM寻址的MAD - 1地址解码器，左上角还配备了电池以确保游戏保存数据在游戏机断电后不丢失。

和CX4芯片一样，DSP - 1芯片也不使用游戏卡带的主时钟，而是需要一个振荡器（这里是X1位置），其产生的频率为8 MHz。

当爱好者们发现《飞行翼》游戏使用的纹理分辨率远高于模式7的显示能力时，对bsnes模拟器进行了修改，使模式7能够实现高清分辨率。

DSP - 1芯片有三个版本，分别是DSP - 1、DSP - 1a和DSP - 1b。虽然这些版本修复了一些bug并改进了处理性能，但芯片的行为也发生了一些细微变化，导致《飞行翼》演示中的飞机出现坠毁问题。

增强处理器：DSP - 2

DSP - 2芯片仅用于一款游戏《地下城主》，主要用于转换Atari ST的例程，似乎主要用于精灵缩放。

增强处理器：DSP - 3

DSP - 3芯片仅用于一款游戏《SD高达GX》。

增强处理器：DSP - 4

DSP - 4芯片用于两款游戏：《顶级赛车3000》和《星球冠军TG 3000》。

这些增强处理器究竟还会给超级任天堂游戏带来怎样的惊喜呢？让人不禁期待！