硬件实现：如何在ESP32-C6单片机上运行MoonBit WASM-4小游戏？

本次2024 MoonBit全球编程创新挑战赛，我们开设了使用WASM-4开发的游戏赛道，在《基于 Wasm4 框架的 MoonBit 游戏开发指南》一文中，我们介绍了如何使用 MoonBit 在 WASM-4 框架中编写小游戏。

WASM-4 模拟的硬件规格主要包括：

• 160x160 像素的显示屏
• 64 KB 的线性内存
• 支持键盘、鼠标、触摸屏
• 最多 4 个游戏手柄作为输入设备
• 音频输出
• 1KB的存储空间‍

一个自然的想法便是将 WASM-4 移植到单片机上运行，将模拟的 IO 设备替换为真实的硬件。本文，我们将探索如何在真实的硬件中运行这些由MoonBit编写的小游戏。本文使用的芯片为 ESP32-C6，它搭载 RISC-V 32 位单核处理器，主频高达 160 MHz，内置 320 KB ROM，512 KB SRAM。

移植过程

WASM-4 项目仓库中提供了两种运行时环境：一种是在Web环境中运行的，另一种是本地（native）运行时。所谓 WASM-4 运行时指的是一种能够运行符合 WASM-4 规范的游戏环境。 其中，本地运行时则是使用C语言实现的，只需要对其稍加修改、删除不需要的组件，便能在单片机上运行。

LCD显示屏

WASM-4 的本地运行时自带图形用户界面 (GUI)，用于在屏幕上显示游戏图像。然而，当我们把它移植到硬件上时，就不再需要这个图形界面了，因为我们可以用真实的LCD屏幕来代替它。

因此，第一步是删除与 GUI 相关的组件。WASM-4 有一个内部的帧缓冲器，用于暂存显示数据，由 MiniFB 负责渲染每一帧。我们只需要保留这个缓冲区用于存储图像数据，同时移除 MiniFB 相关代码。在单片机上调试之前，我们可以将帧缓冲器中的数据输出为图片文件。一旦确认图像无误，我们的任务就变得非常简单了，只是将一个存有像素点数据的数组显示到显示屏上。本文所选用的显示设备为一块由ST7789驱动的1.54英寸LCD，其分辨率为240*240，如下图所示：

因此在居中显示WASM-4 160*160的图像时，四周会留有40像素的空间。此外还需注意，由于本文所选用的LCD显示屏只支持RGB565颜色格式，因此可能会出现颜色偏差。

游戏手柄

WASM-4支持键盘、鼠标、触摸屏，手柄等输入设备。本文使用硅胶按钮模拟手柄。

手柄有上下左右四个方向按键，以及X和Z两个动作按键。WASM-4使用其线性内存中的1个字节来表示一个手柄状态，其中的第 0 位和第 1 位分别对应 X 和 Z 按钮，第 4 到第 7 位对应方向键的左、右、上、下。每一位的值表示相应按钮是否被按下。因此只要为每个按钮的按下按键事件中设置对应的比特位即可。本文使用最简单的方式，每个按键占用一个GPIO接口。

使用 WAMR 替换 wasm3 解释器

由于 wasm3 项目不再活跃维护，缺失了一些需要的特性。因此，我们还需要将 WASM-4 本地运行时的 wasm 执行引擎为替换为 WAMR。与wasm3类似，我们只需要在WAMR的运行环境中提供相同的FFI即可。例如用于绘制线段的 line、hline、vline，用于绘制矩形的 rect，用于贴图的 blit、blitSub等。

总结

至此，本文已经完成了基本的游戏显示与控制功能，完整代码见：https://github.com/lijunchen/moonbit-wasm4-esp32。
当然，仍然有很多有趣的方向值得探索，例如本文并未充分利用 ESP32 芯片丰富的无线接口，我们可以利用 WiFi 实现 WASM 游戏模块的热加载。此外，本文未实现外接扬声器以支持音频输出。