Brus-16 is an educational 16-bit game console with an original, minimalistic architecture. Unlike fantasy consoles, Brus-16 was designed for FPGA implementation.
See in action (use cursor keys).
Brus-16 consists of:
- 16-bit stack-based CPU: Harvard architecture (8K words for code, 8K for data), two hardware stacks (arguments and return addresses), fixed instruction size. Designed to simplify compiler development.
- Graphics processor: Renders 64 filled rectangles per frame without a framebuffer. 640x480x16bpp, 60 fps.
- Input controller: Supports 16 buttons.
There is a basic set of tool templates:
- Compiler (
brus16_dsl.py): translates from a Python-like DSL to Brus-16 assembly. - Assembler (
brus16_asm.py): translates assembly into a binary image. - Emulator (
brus16_cpu.c,brus16_sdl.c): software model of the console using the SDL3 library.
Brus-16 can be 8682 used for various educational projects. Examples:
- Develop a software emulator in another language (e.g., Rust, C#).
- Create an interactive debugger with stack and memory visualization.
- Write a full-featured assembler with macros and directives.
- Extend the existing compiler (for-loops, structs).
- Implement new compiler optimizations (e.g., value numbering).
- Develop a compiler for another language (e.g., a subset of C or Forth).
- Create a graphics editor for drawing game assets with rectangles.
- Develop a tool to approximate a raster image with 64 rectangles.
- Design a new architectural variant of Brus-16 on an FPGA.
- And, of course, develop your own game!
A Verilog hardware implementation by Kirill Pavlov is available here.
Брус-16 — это учебная 16-битная игровая приставка с оригинальной, минималистичной архитектурой. В отличие от существующих fantasy consoles, Брус-16 проектировался с прицелом на аппаратную реализацию на ПЛИС.
В состав Брус-16 входят:
- 16-битный стековый процессор: гарвардская архитектура (8К слов для кода, 8К слов для данных), два аппаратных стека (для аргументов и адресов возврата), фиксированная длина команд. Архитектура процессора спроектирована для удобства написания простых компиляторов.
- Графический процессор: обрабатывает 64 закрашенных прямоугольника на кадр без использования видеобуфера. Характеристики графики: 640x480x16bpp, 60 fps.
- Контроллер ввода: поддерживает 16 кнопок.
Имеется базовый набор инструментов-заготовок:
- Компилятор (
brus16_dsl.py): Транслирует код с Python-подобного DSL в язык ассемблера Брус-16. - Ассемблер (
brus16_asm.py): Транслирует ассемблерный код в бинарную прошивку. - Эмулятор (
brus16_cpu.c,brus16_sdl.c): Программная модель приставки с использованием библиотеки SDL3.
Краткое описание DSL находится здесь.
Брус-16 может быть основой учебных проектов различной сложности. Вот несколько примеров задач для студентов:
- Разработать программный эмулятор на другом языке (например, Rust или C#).
- Создать интерактивный отладчик с визуализацией стеков и памяти.
- Написать полноценный ассемблер с поддержкой макросов и директив.
- Доработать существующий компилятор (добавить цикл for, структуры).
- Добавить новые оптимизации в компилятор (например, value numbering).
- Разработать компилятор для другого языка (например, подмножества C или Forth).
- Создать графический редактор для рисования игровых объектов прямоугольниками.
- Разработать инструмент, аппроксимирующий растровое изображение 64 прямоугольниками.
- Разработать новый архитектурный вариант Брус-16 на ПЛИС.
- И, конечно же, разработать свою игру!
Аппаратная реализация приставки на Verilog от Кирилла Павлова находится здесь.