Raspberry Pi 에뮬레이터 키트는 어떻게 작동합니까?
Raspberry Pi 에뮬레이터 키트는 특정 하드웨어 구성 요소를 클래식 게임 하드웨어를 모방한 에뮬레이션 소프트웨어와 결합하여 단일{0}}보드 컴퓨터를 멀티 콘솔 게임 시스템으로 변환합니다. 시스템은 별개의 레이어를 통해 작동합니다.-물리적 하드웨어는 Linux 운영 체제를 실행합니다. Linux 운영 체제는 오래된 게임 코드를 Pi가 실행할 수 있는 명령으로 변환하는 에뮬레이션 소프트웨어를 호스팅합니다.
키트에는 일반적으로 Raspberry Pi 보드 자체,{0}}RetroPie와 같은 에뮬레이션 소프트웨어가 사전 로드된 microSD 카드, 전원 공급 장치, 컨트롤러 및 종종 냉각 구성 요소가 포함된 케이스가 포함됩니다. 시스템 전원을 켜면 ROM 파일로 저장된 게임을 탐색하고 실행할 수 있는 그래픽 인터페이스인 EmulationStation으로 부팅됩니다.
3개-레이어 아키텍처
이러한 키트의 작동 방식을 이해하려면 각각 특정 기능을 처리하는 세 개의 상호 연결된 레이어를 살펴봐야 합니다.
하드웨어 계층: 기초
하단에는 물리적 Raspberry Pi 보드-가장 일반적으로 Pi 4 Model B 또는 최신 Pi 5가 있습니다. Pi 4에는 1.8GHz에서 실행되는 Broadcom BCM2711 쿼드-코어 ARM Cortex-A72 프로세서와 2GB~8GB LPDDR4 RAM이 결합되어 있습니다. Pi 5는 2.4GHz의 Cortex-A76 코어와 향상된 그래픽 처리를 통해 성능을 향상했습니다.
에뮬레이션은 계산 비용이 많이 들기 때문에 이 하드웨어가 중요합니다. Pi는 완전히 다른 프로세서 아키텍처를 실시간으로 시뮬레이션해야 합니다.- 예를 들어 Super Nintendo는 16-비트 Ricoh 5A22 프로세서를 사용했습니다. Pi는 해당 칩이 수행할 작업을 계산한 다음 자체 그래픽 파이프라인을 통해 결과를 렌더링해야 합니다.
VideoCore GPU는 그래픽 렌더링을 처리합니다. Pi 4에서는 500MHz로 실행되는 반면 Pi 5의 새로운 VideoCore VII GPU는 800MHz에 도달합니다. 이 GPU 가속은 원활한 게임 플레이에 매우 중요합니다. 이것이 없으면 ARM CPU는 특히 Nintendo 64나 PlayStation과 같은 3D- 지원 시스템에서 일관된 프레임 속도를 유지하는 데 어려움을 겪을 것입니다.
저장 공간은 일반적으로 32GB~128GB의 microSD 카드를 통해 제공됩니다. 게임 ROM(카트리지 데이터의 디지털 복사본)은 운영 체제와 함께 여기에 있습니다. 더 빠른 UHS-I 또는 UHS-II 등급 카드는 로딩 시간을 개선하고 게임 플레이 중 끊김 현상을 줄입니다.
소프트웨어 계층: 에뮬레이션 스택
하드웨어 위에서는 수정된 버전의 Raspberry Pi OS(Debian Linux 기반)가 실행됩니다. 이 경량 운영 체제는 리소스 오버헤드를 최소화하면서 에뮬레이션 소프트웨어의 기반을 제공합니다.
대부분의 키트는 레트로 게임에 필요한 모든 것을 번들로 제공하는 소프트웨어 배포판인 RetroPie를 사용합니다. RetroPie 자체는 에뮬레이터가 아닙니다.-함께 작동하는 도구 모음입니다. 그 핵심에는 여러 에뮬레이션 코어에 대한 통합 인터페이스를 제공하는 "프런트엔드"인 RetroArch가 있습니다.
이 코어는 실제 에뮬레이터입니다. 각 코어는 특정 게임 시스템을 모방합니다. 예를 들어 SNES9x 코어는 Super Nintendo 하드웨어를 에뮬레이션하는 반면 PCSX ReARMed는 PlayStation 게임을 처리합니다. RetroArch는 선택한 게임에 따라 적절한 코어를 로드한 다음 컨트롤러 입력을 전달하고 오디오/비디오 출력을 관리합니다.
구성요소 간의 관계는 다음과 같습니다. EmulationStation(표시되는 메뉴) → RetroArch(에뮬레이션 프레임워크) → 개별 코어(시스템-특정 에뮬레이터) → 게임(ROM 파일).
게임을 선택하면 EmulationStation은 RetroArch에 로드할 코어와 실행할 ROM 파일을 알려줍니다. RetroArch는 해당 코어를 초기화하고 게임 데이터를 로드한 다음 에뮬레이션 프로세스를 시작합니다. 컨트롤러 입력은 RetroArch의 입력 시스템을 통해 코어가 기대하는 형식으로 변환됩니다.
인터페이스 계층: 사용 가능하게 만들기
EmulationStation은 시각적 메뉴 시스템을 제공합니다. ROM 디렉터리를 검색하고, 콘솔별로 구성된 게임 목록을 표시하며, 박스 아트나 스크린샷을 표시합니다(스크래핑 기능을 통해 메타데이터를 다운로드한 경우). 탐색에는 게임패드나 키보드가 사용됩니다.-마우스가 필요하지 않습니다.
구성은 중첩된 메뉴를 통해 이루어집니다. 비디오 설정을 조정하고, 시스템별로 또는 게임별로 컨트롤을 다시 매핑하고, 치트를 활성화하고, 네트워크 기능을 구성할 수 있습니다.- 단축키 시스템을 사용하면 게임 중에 버튼 조합(일반적으로 선택+시작)을 눌러 RetroArch 메뉴를 열면 이러한 옵션에 액세스할 수 있습니다.-
이러한 계층형 디자인은 모든 것을 다시 구성하지 않고도 개별 구성 요소를 교체할 수 있음을 의미합니다. 다른 SNES 에뮬레이터를 원하시나요? 다른 코어를 설치하십시오. 다른 프런트엔드를 선호하시나요? RetroArch를 유지하면서 EmulationStation을 교체하십시오. 더 많은 전력이 필요하십니까? Pi 모델을 업그레이드하고 microSD 카드를 전송하세요.
에뮬레이션이 실제로 발생하는 방식
게임을 시작하면 몇 밀리초 안에 여러 프로세스가 발생합니다. 에뮬레이터 코어는 ROM 파일을 메모리에 로드하고 해당 구조를 구문 분석하여 게임의 코드와 자산을 이해한 다음 명령 실행을 시작합니다.
실시간-번역이 핵심 과제입니다. 원래 콘솔의 CPU는 Pi의 ARM 프로세서와 다른 명령어 세트를 사용했습니다. 에뮬레이터는 원래 하드웨어의 각 명령을 해석하고 수행할 작업을 파악한 다음 Pi에서 동등한 작업을 실행해야 합니다.
이 해석은 오버헤드를 발생시킵니다. SNES 명령어에는 정확하게 시뮬레이션하기 위해 10개 또는 20개의 ARM 명령어가 필요할 수 있습니다. 여기에 게임 플레이 중에 초당 처리되는 수백만 개의 명령을 곱하면 에뮬레이션에 상당한 처리 능력이 필요한 이유를 알 수 있습니다.
일부 최적화가 도움이 됩니다. 동적 재컴파일(dynarec)은 원본 코드 블록을-즉시-ARM 코드로 변환하여 재사용을 위해 결과를 캐시합니다. 이는 각 명령을 개별적으로 해석하는 것보다 훨씬 빠릅니다. PCSX ReARMed와 같이 -최적화된 코어는 dynarec을 광범위하게 사용하므로 콘솔의 상대적 복잡성에도 불구하고 Pi에서 PlayStation 에뮬레이션이 원활하게 실행됩니다.
그래픽 에뮬레이션은 병렬 경로를 따릅니다. 원래 콘솔에는 특정 기능-스프라이트 처리, 배경 레이어, 특수 효과를 갖춘 전용 그래픽 칩이 있었습니다. 에뮬레이터는 이를 소프트웨어에서 다시 생성한 다음 OpenGL ES를 사용하여 Pi의 GPU를 통해 결과를 렌더링해야 합니다. GPU 가속이 중요한 부분이 바로 여기입니다. 소프트웨어 렌더링만으로는 더 까다로운 시스템의 경우 60FPS를 유지할 수 없습니다.
오디오에도 비슷한 문제가 있습니다. 에뮬레이터는 사운드 칩의 동작을 시뮬레이션하여 원래 하드웨어의 출력과 일치하는 파형을 생성합니다. 그런 다음 이 오디오 스트림은 HDMI 오디오, 헤드폰 잭, Bluetooth 등 Pi의 오디오 하위 시스템을 통해 무선 스피커로 공급됩니다.
성과 경계
모든 시스템이 똑같이 잘 에뮬레이션되는 것은 아닙니다. Pi 4는 8-비트 및 16비트 콘솔을 훌륭하게 처리합니다. NES, SNES, Genesis, Game Boy는 모두 최고 속도로 정확하게 실행됩니다. PlayStation 1 게임은 대부분 잘 작동하지만 일부 타이틀은 복잡한 장면에서 속도가 느려집니다.
Nintendo 64 에뮬레이션이 성능 벽에 부딪혔습니다. 해당 시스템의 아키텍처는 강력한 PC에서도 정확하게 에뮬레이트하기가 매우 어려웠습니다. Pi 4는 정확도 설정을 낮추고 플레이 가능한 속도로 일부 N64 게임을 실행할 수 있지만 Rogue Squadron과 같은 까다로운 타이틀은 여전히 고르지 않습니다. Pi 5의 향상된 사양은 더 나은 N64 호환성에 대한 보고와 함께 여기에 도움이 되지만 아직 완벽하지는 않습니다.
Dreamcast 에뮬레이션은 Redream 에뮬레이터를 사용하여 Pi 5에서 가능성을 보여줍니다. PlayStation 2, GameCube 및 Wii는 여전히 손이 닿지 않는 상태입니다.{3}}이러한 시스템은 Pi의 기능에 비해 너무 복잡합니다. 멀티-프로세서 아키텍처와 정교한 그래픽에는 Pi 5조차도 일관되게 제공할 수 없는 상당한 마력이 필요합니다.
Tom's Hardware의 테스트에 따르면 Pi 4에서 까다로운 PlayStation 타이틀을 사용하면 프레임 속도가 눈에 띄게 떨어질 수 있으며, 격투 게임에서는 버튼을 누르는 동안 끊김 현상이 나타납니다. Pi 4의 최근 벤치마크는 특히 2D 및 덜 까다로운 3D 게임에서 적절하게 최적화된 타이틀로 원활한 성능을 보여줍니다.
Pi 5는 측정 가능한 개선을 제공합니다. 독립적인 테스트에 따르면 Pi 5는 이전 모델에 비해 향상된 일관성으로 Game Boy Advance, N64, Dreamcast 및 PSP 에뮬레이션을 처리합니다. NUMA 에뮬레이션과 같은 엔지니어링 최적화는 Pi 5에서 멀티{5}}코어 성능을 최대 18%까지 향상시킬 수 있지만 이러한 조정에는 일반적인 사용자 구성을 넘어서는 커널 수정이 필요합니다.
컨트롤러 번역 시스템
컨트롤러 지원은 종종 오해되기 때문에 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. RetroPie를 처음 부팅하면 각 버튼-D-패드 방향, 페이스 버튼, 숄더 버튼, 시작/선택, '핫키 활성화' 버튼을 눌러 컨트롤러를 구성하라는 메시지가 표시됩니다.
이 초기 구성은 물리적 컨트롤러를 EmulationStation의 메뉴 시스템에 매핑하고 RetroArch에 대한 기본 프로필을 생성합니다. 그런 다음 RetroArch는 해당 프로필을 기반으로 각 에뮬레이터 코어에 대한 컨트롤러 구성을 자동으로 생성합니다.
하지만 흥미로운 점은 콘솔마다 버튼 레이아웃이 다르다는 것입니다. SNES 컨트롤러에는 4개의 얼굴 버튼과 2개의 어깨 버튼이 있습니다. PlayStation 컨트롤러에는 두 개의 어깨 버튼과 아날로그 스틱이 추가되었습니다. Genesis 컨트롤러에는 처음에 얼굴 버튼이 3개만 있었습니다.
RetroArch의 컨트롤러 추상화 레이어는 최신 컨트롤러의 버튼을 원래 시스템이 예상한 대로 매핑합니다. 16개의 버튼이 있는 PlayStation DualShock 4를 사용하여 4개의 버튼만 사용하는 NES 게임을 플레이하는 경우 RetroArch는 상태 저장 또는 빨리 감기와 같은 에뮬레이터 기능에 특별히 매핑하지 않는 한 추가 입력을 무시합니다{4}}.
게임별로-재매핑이 가능합니다. 특정 타이틀이 기본 매핑으로 인해 이상하게 느껴지면 게임 플레이 중에 RetroArch 메뉴에 들어가서 해당 게임에 맞게 컨트롤을 재구성할 수 있습니다. 변경 사항은 자동으로 저장됩니다.
USB 컨트롤러는 초기 구성 후에 플러그를 꽂고{0}}작동-합니다. Bluetooth 컨트롤러는 검색 및 연결 과정을 안내하는 RetroPie의 Bluetooth 설정 메뉴를 통해 페어링해야 합니다. 페어링되면 Bluetooth 컨트롤러는 부팅 시 자동으로 다시 연결됩니다.
저장 및 파일 관리
microSD 카드 구조는 간단하지만 이해하는 것이 중요합니다. /boot 파티션에는 Linux 커널과 부팅 구성 파일이 포함되어 있습니다. 메인 파티션에는 운영 체제, RetroPie 소프트웨어 및 ROM이 들어 있습니다.
ROM 파일은 각 시스템-nes/, snes/, psx/ 등에 대한 하위 디렉터리가 있는 /home/pi/RetroPie/roms/에 있습니다. EmulationStation은 시작 시 이러한 디렉터리를 검색하여 찾은 내용을 표시합니다.
Pi에 ROM을 가져오는 방법은 여러 가지가 있습니다. USB 방법이 가장 간단합니다. FAT32 형식의 플래시 드라이브에 Retropie라는 폴더를 생성하고 Pi에 연결한 다음 폴더 구조가 생성되는 동안 잠시 기다린 다음 이를 제거하고 ROM을 컴퓨터의 적절한 콘솔 폴더에 복사합니다. Pi에 다시 연결하고 전송을 기다린 후 재부팅하세요.
네트워크 전송은 Samba(Windows 파일 공유)를 통해 작동합니다. 네트워크의 다른 컴퓨터에서 \\\\retropie에 액세스하여 ROM 폴더를 직접 볼 수 있습니다. 필요에 따라 파일을 끌어서 놓은 다음 EmulationStation을 다시 시작하여 게임 목록을 새로 고칩니다.
일부 시스템에는 정확한 에뮬레이션을 위해 BIOS 파일{0}}원본 하드웨어의 바이너리 코드가 필요합니다. 예를 들어 PlayStation 에뮬레이션에는 PS1 BIOS가 필요합니다. 이 파일은 /home/pi/RetroPie/BIOS/에 있습니다. 그것들이 없으면 많은 게임이 로드되지 않습니다.
저장 상태는-게임 저장과 다릅니다. 게임 내 저장은-원래 하드웨어에서와 동일하게 작동하며 ROM의 저장 데이터에 저장됩니다. 저장 상태는 언제든지 전체 시스템 상태의 스냅샷을 찍는 에뮬레이터 기능입니다. 저장 기능이 전혀 없었던 게임에서도 즉시 저장하고 로드할 수 있습니다. RetroArch는 이를 /home/pi/RetroPie/retroarch/states/에 저장합니다.
전력 및 열 관리
전력 공급은 많은 사람들이 알고 있는 것보다 성능에 더 큰 영향을 미칩니다. Pi 4에는 5V/3A(15W) 전원 공급 장치가 필요합니다. Pi 5는 특히 까다로운 에뮬레이션의 경우 안정적인 작동을 위해 5V/5A(25W)가 필요합니다. 전력 부족으로 인해 조절이 발생합니다.{10}}시스템은 불안정성을 방지하기 위해 자동으로 클럭 속도를 줄여 게임 플레이 중에 속도가 저하됩니다.
Pi에는 전통적인 의미의 전원 버튼이 없습니다. 전원을 연결하면 켜집니다. 제대로 종료하려면 EmulationStation의 메뉴를 사용하여 전원을 차단하기 전에 완전한 종료를 수행하는 "시스템 종료"를 선택해야 합니다. 실행 중인 Pi의 플러그를 뽑기만 하면 microSD 카드가 손상될 위험이 있습니다.
연장된 플레이 세션에서는 열이 요인이 됩니다. Pi 4는 부하가 걸릴 때 상당한 열을 발생시키며, 테스트 결과 적절한 냉각 없이 열 조절이 발생할 수 있음이 나타났습니다. 팬이나 방열판이 내장된-케이스는 이를 방지합니다. Pi 5는 향상된 성능으로 인해 더욱 뜨거워지므로 일관된 에뮬레이션을 위해서는 능동 냉각이 사실상 필수입니다.
오버클러킹은 더 나은 성능을 위해 Pi를 기본 속도 이상으로 밀어냅니다. 이는 전력 소모와 열 출력을 모두 증가시킵니다. Pi 5의 SDRAM 타이밍에 대한 최근 최적화는 기본 클럭에서 10~20%의 속도 향상을 달성했으며, 신중한 오버클럭킹은 3.2GHz에서 최대 32%의 이득에 도달했습니다. 이러한 수정에는 적절한 냉각이 필요하며 불안정할 위험이 있습니다.
대체 에뮬레이션 플랫폼
RetroPie가 지배적이지만 다른 철학을 가진 대안이 존재합니다. Recalbox는 자동화를 강화하고 사용자 정의를 줄여 사용 편의성을 우선시합니다. Lakka는 LibreELEC를 기반으로 사용하여{2}}가벼운 콘솔과 같은 경험을 제공합니다. Batocera는 광범위한 플랫폼 지원과 내장된-게임 스트리밍 기능을 제공합니다.
Pi 5의 최근 플랫폼 비교에서는 Batocera가 8-플레이어 컨트롤러 구성으로 견고한 멀티 콘솔 지원을 제공하는 반면 Lakka는 PlayStation에서 영감을 받은 인터페이스로 간단한 에뮬레이션에 탁월하다는 것을 보여줍니다. 각 플랫폼은 단순성과 유연성 사이에서 서로 다른 균형을 유지합니다.
기본 아키텍처는 플랫폼-Linux 기반, RetroArch 프레임워크, 여러 에뮬레이터 코어에서 유사하게 유지됩니다. 차이점은 인터페이스 디자인, 포함된 기능 및 구성 접근 방식에 있습니다. 더 많은 제어 기능을 원하는 사용자는 RetroPie를 선호하는 반면, 플러그{3}}}앤드플레이 단순성을 원하는 사용자는 Recalbox를 선호할 수 있습니다.
일이 잘 안 될 때
성능 문제는 일반적으로 몇 가지 일반적인 원인에서 발생합니다. 전원이 부족하면 무작위 충돌이나 속도 저하가 발생합니다. 느린 microSD 카드는 레벨 로드 중에 끊김 현상을 발생시킵니다. 과열은 갑작스러운 프레임 저하로 나타나는 조절을 유발합니다.
특정 게임이 로드되지 않는 경우 일반적으로 잘못된 ROM 형식이 원인입니다. 다양한 에뮬레이터 코어는 다양한 파일 형식을 지원합니다. PlayStation 게임은 .bin/.cue, .chd 또는 .pbp 형식일 수 있습니다.-모든 코어가 모든 형식을 읽는 것은 아닙니다. 코어의 문서를 확인하면 어떤 형식이 예상되는지 알 수 있습니다.
일부 게임에는 특정 에뮬레이터 코어가 필요합니다. Neo Geo 게임이 작동하려면 게임 ROM과 Neo Geo BIOS 파일이 모두 필요합니다. 아케이드 ROM은 에뮬레이터가 예상하는 MAME 버전과 일치해야 합니다.{2}}MAME 2003 Plus와 함께 MAME 0.78용으로 설계된 ROM 세트를 사용하면 작동하지 않습니다.
컨트롤러 문제는 종종 단축키 구성으로 인해 발생합니다. 게임에서 버튼이 반응하지 않는 것처럼 보이는 경우 핫키 활성화 버튼을 동시에 눌러 RetroArch를 게임에 입력을 전달하는 대신 에뮬레이터 명령을 기다리는 모드로 전환하기 때문인 경우가 많습니다.
자주 묻는 질문
에뮬레이션에 Raspberry Pi 모델을 사용할 수 있나요?
모든 Pi는 기술적으로 작동하지만 최소 2GB RAM을 갖춘 Pi 4는 대부분의 시스템에서 우수한 성능을 발휘하기 위한 실질적인 최소 사양입니다. 이전 모델은 8비트 콘솔 이상의 문제로 인해 어려움을 겪고 있습니다. Pi Zero는 NES/Game Boy 시대 이후의 시스템을 편안하게 에뮬레이션하기에는 성능이 너무 부족합니다.
에뮬레이터 키트를 합법적으로 사용하려면 정품 게임 카트리지가 필요합니까?
ROM에 관한 저작권법은 관할권에 따라 다릅니다. 가장 안전한 접근 방식은 개인적으로 물리적 사본을 소유한 게임만 사용하는 것입니다. 단, 시행 및 법적 명확성은 지역에 따라 크게 다릅니다. RetroPie에는 저작권이 있는 콘텐츠가 포함되어 있지 않습니다.-직접 게임 파일을 제공해야 합니다.
초기 설정 후에 게임을 추가할 수 있나요?
예, USB 전송이나 네트워크 파일 공유를 사용하면 ROM을 쉽게 추가할 수 있습니다. ROM 파일을 /home/pi/RetroPie/roms/ 내의 적절한 콘솔 폴더에 넣은 다음 EmulationStation을 다시 시작하여 게임 목록을 새로 고칩니다.
저장용량은 얼마나 필요합니까?
32GB microSD 카드에는 수백 개의 8-비트 및 16비트 게임이 저장됩니다. PlayStation 및 N64 게임은 PS1 게임당 약 500MB, N64 타이틀의 경우 10-50MB 등 더 많은 공간을 차지합니다. 64GB 카드는 여러 시스템에 걸쳐 다양한 라이브러리를 위한 편안한 공간을 제공합니다.
전체 시스템 살펴보기
Raspberry Pi 에뮬레이터 키트의 우아함은 상대적으로 간단한 구성 요소가 유능한 복고풍 게임 솔루션에 결합되는 방식에 있습니다. Pi의 ARM 프로세서는 에뮬레이션용으로 설계되지 않았지만 영리한 소프트웨어 엔지니어링과 하드웨어 최적화를 통해 완전히 다른 아키텍처를 사용하는 시스템에서 게임 경험을 재현합니다.
모듈식 특성은 시스템이 점진적으로 향상된다는 것을 의미합니다. 더 나은 에뮬레이터 코어가 정기적으로 나타나 정확성이나 성능을 추가합니다. 펌웨어 업데이트는 Pi의 기능을 향상시킵니다. 처음부터 다시 시작하지 않고도 개별 구성요소를-더 빠른 microSD 카드, 더 강력한 Pi 모델, 다양한 컨트롤러로-업그레이드할 수 있습니다.
이러한 키트를 사용하는 것보다 이해하고 싶은 사람에게 중요한 통찰력은 에뮬레이션에 여러 추상화 계층이 포함되어 있으며 각 계층은 동일한 항목의 서로 다른 표현 간에 변환된다는 것입니다. 게임은 원래 하드웨어에서 실행되고 있다고 생각하지만 실제로는 완전히 다른 물리적 하드웨어에서 실행되는 하드웨어를 시뮬레이션하는 소프트웨어에서 실행되고 있습니다. Raspberry Pi의 충분한 처리 능력과 수십 년에 걸쳐 개선된 오픈소스 에뮬레이션 소프트웨어가 결합되어 실시간 게임에 충분히 빠른 번역을 제공합니다.-
합리적인 가격의 하드웨어와 성숙한 소프트웨어의 조합은 "그냥 Pi를 구입하세요"가 레트로 게임 매니아들에게 일반적인 조언이 된 이유를 설명합니다. 완벽하지는 않지만{1}}일부 시스템은 성능을 넘어서는 상태로 남아 있습니다.-Pi는 고전 게임을 보존하고 즐기기 위해 비용, 성능, 접근성 간의 놀라운 균형을 유지합니다.