IMX6U-Game

一个从 CPU 软光栅化渲染器向嵌入式游戏图形库迁移的项目。

核心目标是在 IMX6U（ARM Cortex-A7，无 GPU 或极弱 GPU）上运行纯 CPU 渲染的 2D/3D 图形。为此，代码保持 C++11 兼容，显示后端可切换（SDL2 窗口 vs Linux Framebuffer），以支持跨平台开发和嵌入式部署。

编译目标与验证目的

本项目支持三套编译目标，分别对应开发流程的不同阶段：

目标平台	显示后端	验证目的
Windows (x86/x64)	SDL2 窗口	验证渲染逻辑、算法正确性、快速迭代调试
Linux x86_64	SDL2 窗口	验证 Linux 兼容性、CMake 构建、SDL2 系统依赖
ARM Linux (交叉编译)	SDL2 或 /dev/fb0	最终在 IMX6U 开发板上运行的版本；优先目标以后续实际部署后端为准

为什么分三套？

• Windows 编译：开发主力机通常是 Windows，有 IDE 调试、有图形窗口，渲染算法对不对一眼就能看到。这个阶段完全不关心嵌入式细节。
• Linux x86 编译：验证代码在 GCC/Clang 下有无警告、CMake 配置是否跨平台、系统 SDL2 依赖是否正确。很多嵌入式工具链的问题在 x86 Linux 上就能提前暴露。
• ARM 交叉编译：最终在 IMX6U 上跑。若目标板使用 SDL2，则 SDL2 仅作为显示/输入/计时适配层，核心渲染仍按 CPU framebuffer + 一次性提交设计；如需极简依赖，也保留 /dev/fb0 后端作为对照。

开发规范与性能红线

IMX6U 运行时性能预算较紧，后续开发必须遵守 docs/DEVELOPMENT_GUIDELINES.md。如果目标板使用 SDL2，仍然要把 SDL2 限制在平台适配层，核心逻辑和渲染热路径不直接依赖 SDL：

• 核心逻辑和热路径默认不新增 float / double，需要小数时使用项目统一定点数；只在显示、调试、导入导出等边界层转换成浮点。
• 主循环、每对象、每三角形/顶点/像素级代码中不得频繁创建 std::vector / std::string 等动态分配容器，应复用缓冲或使用固定容量结构。
• PC/SDL 版本用于调试验证，不能把调试便利写法扩散到 ARM release 核心路径。
• SDL2 后端只做显示、输入、计时和最终 framebuffer 提交，不在核心渲染/游戏逻辑中直接调用 SDL API。
• 新增核心代码前按规范文档中的检查清单自查。

应用层与图形库拆分

项目后续按“两个游戏 + 一个启动器 + 一套底层图形库”组织，详细边界见 docs/APP_AND_GFX_ARCHITECTURE.md：

• Gfx / 底层图形库：只提供 framebuffer、SDL2/fb0 平台适配、输入/时间源、基础绘制能力，例如点、线、矩形、四边形、sprite、tile。
• Apps/Launcher：负责游戏选择、全局设置和启动流程。
• Apps/GameA、Apps/GameB：分别维护自己的游戏规则、状态、资源和渲染调用。
• Shared：只放应用层共享但不属于底层图形库的 UI、存档、配置、资源索引等。
• 依赖方向必须保持 Apps -> Shared -> Gfx -> Platform，底层图形库不能反向依赖具体游戏。

初期推荐单进程多应用模式：Launcher、GameA、GameB 共用同一个 SDL2 初始化、framebuffer 和主循环，通过统一 IApp 接口切换当前应用。

构建说明

通用前置

# 克隆仓库后，确保子目录完整
cd IMX6U-Game

Windows（Visual Studio / MSVC）

仓库已自带 SDL2 开发库（libs/Win/SDL2），无需额外安装。

cmake -B build-win .
cmake --build build-win --config Release

运行：

./build-win/Release/IMX6U-Game.exe

Linux x86_64（Ubuntu / WSL2）

需要系统 SDL2：

sudo apt-get install libsdl2-dev cmake g++

构建：

cmake -B build-linux .
cmake --build build-linux

运行：

./build-linux/IMX6U-Game

ARM 交叉编译（IMX6U）

需要交叉编译工具链：

sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf

本项目 ARM 端保留两类后端：

• SDL2 后端：目标是后续游戏主路径；SDL2 负责显示、输入、计时和最终 framebuffer 提交。
• Framebuffer 后端：作为极简依赖和显示通路对照测试。

构建（Framebuffer 对照后端）：

cmake -B build-arm-fb \
    -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=cmake/toolchain-arm-linux-gnueabihf.cmake \
    -DUSE_FRAMEBUFFER=ON .
cmake --build build-arm-fb

构建（SDL2 后端，要求工具链/sysroot 可找到目标板 SDL2 开发库）：

cmake -B build-arm-sdl \
    -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=cmake/toolchain-arm-linux-gnueabihf.cmake \
    -DUSE_FRAMEBUFFER=OFF .
cmake --build build-arm-sdl

部署到开发板：

scp build-arm-sdl/IMX6U-Game root@imx6u:/tmp/
# 或部署 framebuffer 对照版本：
scp build-arm-fb/IMX6U-Game root@imx6u:/tmp/

板子上运行：

/tmp/IMX6U-Game

Framebuffer 对照版本可能需要 root 权限访问 /dev/fb0。SDL2 版本是否需要额外环境变量或权限，取决于目标板 SDL2 视频驱动和显示栈配置。

显示后端架构

显示层通过抽象接口 Platform::IDisplay 与渲染逻辑解耦。后续应用层和图形库拆分后，Platform 会收敛到 Gfx 的平台适配层：

┌──────────────────────────────────────────────┐
│ Apps：Launcher / GameA / GameB               │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ Shared：UI、存档、配置、资源索引              │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ Gfx：DrawContext、FrameBuffer、Draw2D、Math   │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ Platform::IDisplay                           │
│  - SDLDisplay : SDL2 显示/输入/计时适配       │
│  - FBDisplay  : /dev/fb0 对照后端             │
└──────────────────────────────────────────────┘

切换显示后端不应影响应用层和核心绘制逻辑；当前 CMake 通过 USE_FRAMEBUFFER 在 SDL2 与 framebuffer 后端间切换。

目录结构

当前源码仍处于早期验证布局：

IMX6U-Game/
├─ cmake/
│  └─ toolchain-arm-linux-gnueabihf.cmake  # ARM 交叉编译工具链
├─ libs/
│  └─ Win/
│     ├─ SDL2/                             # Windows 用 SDL2 库（头文件 + lib + DLL）
│     └─ SDL_image/                        # SDL2_image 库（头文件 + lib + DLL）
├─ src/
│  ├─ Platform/                            # 当前显示后端适配，后续归入 Gfx/Platform
│  ├─ Core/                                # FrameBuffer、DepthBuffer 等，后续归入 Gfx/Core
│  ├─ Math/                                # 当前 float 数学类型，后续补定点数并归入 Gfx/Math
│  ├─ Rasterizer/                          # 当前软光栅化代码，后续归入 Gfx/Draw2D 或 Gfx/Rasterizer
│  ├─ RenderData/                          # Color、Triangle 等基础渲染数据
│  ├─ Scene/                               # 当前 3D demo 场景数据
│  ├─ Asset/                               # 资源加载预留
│  ├─ Shading/                             # 着色预留
│  ├─ test_fb.cpp                          # 独立 fb 测试（最小示例）
│  └─ main.cpp                             # 当前 demo 入口，后续拆成 App 主循环
├─ docs/
│  ├─ DEVELOPMENT_GUIDELINES.md            # IMX6U 性能红线
│  └─ APP_AND_GFX_ARCHITECTURE.md          # 应用层与图形库分层
├─ CMakeLists.txt
└─ README.md

目标布局见 docs/APP_AND_GFX_ARCHITECTURE.md：后续会收敛为 src/Gfx、src/Apps/Launcher、src/Apps/GameA、src/Apps/GameB、src/Shared。

模块说明

Core

• FrameBuffer：CPU 侧颜色缓冲，渲染结果先写在这里
• DepthBuffer：深度测试用 Z-buffer

Math

• 通用数学类型：Vector2/3/4、Matrix4x4
• 纯头文件实现，无动态分配

Rasterizer

• Rasterizer：Bresenham 线段光栅化
• TriangleRasterizer：扫描线三角形填充 + 深度测试

Platform

• IDisplay：显示后端抽象，解耦渲染与输出
• SDLDisplay：SDL2 后端，PC 调试和 IMX6U SDL2 目标路径共用这一类适配思想
• FBDisplay：/dev/fb0 对照后端，用于极简显示通路验证

当前状态与后续

已完成：

• 可旋转立方体的 3D 渲染（MVP 变换、背面剔除、扫描线填充、深度测试）
• 双平台显示后端（SDL2 / Framebuffer）
• C++11 兼容代码
• CMake 跨平台构建

待完成（按优先级）：

1. FrameBuffer 性能优化（memset 清屏、去掉 at()、定点数/NEON）
2. 应用层拆分（Launcher / GameA / GameB / Shared）和统一 IApp 主循环
3. SDL2 输入抽象（键盘/触摸/按键状态快照）
4. Gfx 基础 2D 绘制接口（矩形、四边形、Sprite、Tilemap）
5. 纹理贴图、OBJ 模型加载与完整光照

说明

• 代码标准：C++11，确保兼容嵌入式老工具链
• test_fb.cpp 是一个完全独立的 Linux framebuffer 最小测试，不依赖项目其他代码，用于快速验证板子显示通路
• Windows、Linux x86 和目标板 SDL2 路径共享 SDLDisplay 适配思想；FBDisplay 保留为 framebuffer 对照后端