uGame - konsolka do gier w Pythonie

[deshipu]

Skoro forum powoli zmienia profil i przestajemy się skupiać na robotach, to postanowiłem, że zrobię sobie tutaj trochę bezczelnej reklamy i napiszę o projekcie, nad którym pracowałem od jakiegoś roku, który choć związany z mikrokontrolerami i programowaniem, robotem stanowczo nie jest.

Zaczęło się mniej więcej rok temu, kiedy wpadłem na pomysł jak można sprawić, żeby nauka języka Python była znacznie łatwiejsza, mniej problematyczna oraz przede wszystkim fascynująca. Micro:bit i Raspberry Pi pokazały, że programowanie dedykowanego urządzenia daje bardzo dużo radości oraz poczucie kontroli nad techniką — moim zdaniem bardzo ważne rzeczy przy uczeniu jakichkolwiek technicznych tematów. Niestety, moje doświadczenia z przeróżnych szkoleń i warsztatów pokazały także achillesową piętę takiego podejścia: zawsze coś nie działa. Ludzie przychodzą z własnymi laptopami, niektórzy mają na nich poinstalowane jakieś Windowsy czy inne Makoesiksy, połowa z nich nie potrafi zainstalować sterownika, druga połowa akurat miała system update i sterownik im przestał chodzić, trzecia połowa dopiero ściąga prze konferencyjne WiFi środowisko uruchomieniowe i kompilator, a czwartej połowie nie chcą zainstalować się biblioteki. W efekcie ponad połowa czasu zawsze jest tracona na ustawianie wszystkiego. Do tego kiedy już uczniowie napiszą te swoje gry i będą chcieć się nimi pochwalić, to nie będą mogli — bo działają tylko na ich komputerze gdzie jest wszystko zainstalowane, a uruchomienie na komputerze kolegi wymaga przechodzenia całego procesu ponownie. Koszmar.

Zatem postanowiłem zrobić urządzenie dedykowane do pisania gier, usuwając przy tym z drogi jak najwięcej przeszkód tak, aby można się było skoncentrować na celu — czyli samym programowaniu — bez wszystkich dodatkowych problemów. Początkowo stworzyłem shield dla płytek sprzedawanych przez Adafruit, zawierający przyciski i prosty kolorowy wyświetlacz LED 8x8, aby dało się pisać gry w rodzaju snake-a czy tetris-a. Jednak nie było to jeszcze rozwiązanie idealne, choć pozwoliło mi zbadać co działa, a co nie, oraz doszlifować moje umiejętności.

Dzisiaj udostępniam szerszej publiczności moje najnowsze dzieło, czyli "prawdziwą" przenośną konsolę do gier. Zawiera ona kolorowy ekran 128x128, głośniczek, 6 przycisków i mikrokontroler programowany w CircuitPythonie. Urządzenie po podłączeniu do komputera widoczne jest jako dysk USB, nie wymagając przy tym żadnych sterowników (chyba, że ktoś ma Windows 7, wtedy niestety konieczne jest zainstalowanie sterownika aby mieć dostęp do konsoli na porcie szeregowym), a programujemy je po prostu edytując widoczne na nim pliki (lub kopiując je z komputera, oczywiście). Wbudowana w firmware prosta biblioteka do obsługi duszków i kafelków ułatwia zadanie. Grafika jest trzymana w plikach BMP, dźwięki w plikach WAV, kod w plikach tekstowych — zatem można użyć dowolnego programu jaki akurat się ma dostępny i jaki umie się już obsługiwać.

Więcej informacji o projekcie, wraz z logami z jego konstruowania można znaleźć na https://hackaday.io/project/27629

Tylko, że co daje taki projekt zrobiony dla siebie do szuflady? Oczywiście wszystko jest opisane i opublikowane na otwartych licencjach, ale szanse na to, że ktoś inny zbuduje takie urządzenie są w zasadzie znikome. Aby było ono rzeczywiście przydatne, ludzie muszą go używać, a zatem musi być ono dostępne w sprzedaży. Dlatego kolejnym moim krokiem było zlecenie wyprodukowanie małej serii tych urządzeń. Dzisiaj właśnie przyszła paczka z fabryki i rozpoczynam ich sprzedaż na Tindie. Jest ich tylko 50, nie liczę na zbicie na tym kokosów, ale być może uda się zbudować społeczność zainteresowaną programowaniem tych urządzeń. Oczywiście jak na polskie warunki cena jest wysoka — niestety tak to jest z produkowaniem małych serii niestandardowych urządzeń. Ale być może kogoś jednak to zainteresuje: https://www.tindie.com/products/deshipu/game-10-game-console-kit/

Wreszcie, żeby nie było, że to tylko taka reklama i komercja, bardzo chętnie pomogę ludziom chcącym zbudować swoją własną wersję tej konsoli. Nie trzeba do tego wytrawiać płytek i lutować elementów montowanych powierzchniowo — wystarczy dowolna płytka rozwojowa z mikrokontrolerem SAMD21, moduł wyświetlacza, kilka przycisków, trochę kabelków, kostka pamięci flash i opcjonalnie głośniczek lub słuchawki.

[marek1707]

Doceniam za sensowne założenia, wkład pracy i doprowadzenie do realizacji pierwszej serii. Po raz kolejny dostrzegam misję i za to szacun. Mam nadzieję, że projekt znajdzie swoją niszę i szybko urośnie w siłę. Może pojawi się społeczność, biblioteka gier (i innych programów?), obudowy i cała ta otoczka w której przekroczenie masy krytycznej odpala dalsze, samodzielne "życie" takich inicjatyw.

Bez znalezienia sponsora zainteresowanego np. edukacyjną stroną pomysłu upowszechnienie tego będzie jednak trudne. Myślałeś o tym? I w ogóle, co planujesz dalej zakładając, że pierwsza seria się sprzeda. Po prostu zwiększanie skali produkcji? Obecna forma przyciąga tylko zdeterminowanych hobbystów (podnoszę rękę) a nawet szczątkowa obudowa (przezroczysta?) dawałby już poczucie bezpieczeństwa i solidności. Wtedy kupienie tego dzieciakowi z podstawówki nie byłoby desperacją taty-inżyniera a gadżet można by zabrać do szkoły bez obawy o odlepienie i urwanie LCD.

Szkoda, że zabrakło (nie zauważyłem?) jakiegoś małego złącza (I2C lub UART itp) do ew. rozszerzeń. Nawet obecnie nie używane i nieopisane, mogłoby w przyszłości posłużyć do podłączania kilku prostych klocków np. modułu akcelerometru (pochylamy konsolkę i woda na ekranie wylewa się z misek) czy nawet czymś sterujących (mini-robotem? podlewaniem kwiatków? paskiem inteligentnych diodek? itd).

Jako osoba nieumiejąca i nierozumiejąca tak języka jak i całego tego optymizmu wokół Pythona już jestem zainteresowany Twoim produktem i - jeśli tylko zdążę - kupię go z ciekawości. Jeśli to mnie nie przekona to już chyba nic.

A cena jest zupełnie OK 🙂 Brawo.

[deshipu]

Dziękuję.

Plany jak się zapewne domyślasz są mgliste. Jest już jeden ochotnik, student projektowania przemysłowego, który pracuje nad obudową — jak tylko będzie mieć coś rozsądnego, to udostępni. Podejrzewam zresztą, że każdy kto ma drukarkę 3D będzie próbował zrobić do tego własną obudowę.

Co do zrobienia z tego produktu dla mas, to niestety pojawia się problem skali. Formy do odlewania obudowy to jakieś 3 kilodolary, certyfikacja CE, RHOS i FCC to kolejne 2-4 kilodolary na każde. To oznacza, że musiałbym być pewien sprzedania co najmniej 1500 sztuk, żeby w to inwestować. Owszem, zapewne jest to możliwe, ale wolę najpierw spróbować to rozwijać jako projekt dla pasjonatów, żeby potem mieć solidną bazę do dalszego rozwoju.

Wszystkie wolne nóżki (a jest ich aż 4) wyprowadziłem na styki na tyle urządzenia, obok styków dla debugera — nie jestem pewien czy okażą się przydatne, tym bardziej, że normalnie zasłania je bateria. Niestety nie chciałem już za bardzo modyfikować projektu żeby udostępnić to w jakimś lepszym miejscu i może też dać dostęp do przycisków etc.

Na horyzoncie (dość odległym na dzień dzisiejszy) jest też druga iteracja, z lepszym procesorem (SAMD51 z 256kB RAM!), lepszym ekranem, rozsądniejszym torem audio (regulacja głośności, jack na słuchawki) etc, — niestety jeszcze czeka mnie dużo nauki zanim będę w stanie to porządnie zaprojektować, więc pewnie jest to kwestia jakichś dwóch lat. No i zobaczymy najpierw jak to będzie działać i czy uda się coś wokół tego zbudować. Jak zawsze, samo urządzenie jest mało istotne — liczą się dostępne zasoby (gry, dokumentacja) oraz przede wszystkim społeczność, a nad tym praca dopiero się zaczęła.

[Elvis]

Bardzo fajny projekt. Natomiast jak chodzi o przyszłe wersje to polecam trochę więszke układy z rodziny Atmela - SAMA5D2 (http://www.microchip.com/design-centers/32-bit-mpus/sama5/sama5d2-series). Ostatnio mają w jednej obudowie procesor i pamięć DDR2, więc wystarczy podłączyć flash i właściwie gotowe. Dużym plusem jest moc obliczeniowa - wystarczy do uruchomienia linuxa, więc jest pełny python, biblioteki, a pewnie i emulator gameboya da się odpalić (Doom działa, testowałem).

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[deshipu]

No właśnie ja nie chcę pełnego Linuksa, bo to strasznie komplikuje całość i powoduje, że znowu spędzamy połowę warsztatu na edytowaniu konfiguracji i naprawianiu kart SD. Jest też pewien moment w którym więcej mocy obliczeniowej nie pomaga — bo chcemy wtedy robić lepsze i trudniejsze gry. Ograniczone platformy mają swój urok. Do tego chcę korzystać ze sportowanego już przez Adafruit CircuitPythona — nie mam zasobów czasu i wiedzy, żeby robić i utrzymywać własny port.

Emulatory są doskonałym rozwiązaniem kiedy chcesz zrobić zabawkę do gry — w końcu dają ci "za darmo" dużą ilość istniejących już gier. Ale po pierwsze, takie konsolki już na rynku są, tanio, i nie sądzę, żebym mógł z nimi konkurować, a po drugie, ja naprawdę lubię pisać gry i chciałbym, żeby więcej osób poznało tę przyjemność.

[Elvis]

Ok, po prostu pomyślałem, że taka opcja mogłaby zwiększyć sprzedaż / popularność rozwiązania. Natomiast nie pomyślałem nawet o karcie SD. Po prostu mały embedded linux w pamięci flash i tyle. Ale Cortex-m4 to też potężna platforma, więc trzymam kciuki za nową wersję 🙂

[deshipu]

Mały update, bo o ile sprzęt się nie zmienił i konsolka nadal jest taka sama, to czas nie stoi w miejscu i firmware do niej znacznie się poprawił. Wkrótce zostanie wydana wersja 4.0 języka CircuitPython, wraz z wbudowaną obsługą dla tej konsolki i ogólnie dla wyświetlaczy. Już teraz można ściągnąć wersja beta7 firmware-u ze strony https://circuitpython.org/board/ugame10/ i testować.

A co nowego? Trochę się tego zebrało:

• Natywna obsługa wyświetlacza, co oznacza, że zarówno konsola, printy z naszego programu, jak i wszelkie komunikaty o błędach widoczne są na ekranie. Nie trzeba już podłączać się serial monitorem żeby zobaczyć traceback.
• Alokowanie długo-żyjących i krótko-żyjących obiektów osobno, przez co znacznie zmniejsza się fragmentacja pamięci i nasze gry mają jej więcej do dyspozycji.
• Ulepszona obsługa dźwięku.
• Włączone więcej wbudowanych modułów, dzięki temu, że jest więcej miejsca.
• Wersje z przetłumaczonymi komunikatami błędów, w tym polska.
• Stabilniejsza obsługa USB.
• Naprawione wiele błędów.
• Kompatybilność z wcześniejszą wersją. Jedynie pre-kompilowane pliki .mpy muszą być skompilowane do nowszej wersji.

Poza tym, biblioteka Stage działa teraz ze wszystkimi płytkami Adafruit obsługującymi CircuitPython, tylko trzeba ją włączyć przy kompilacji swojego firmware-u, bo domyślnie włączona jest tylko dla µGame. Poniżej przykład Vacuum Invaders działających na prototype PyBadge:

(Ta gra została napisana na mniejszy ekran, w związku z czym jest po prawej stronie pasek "śmieci".)

[slon]

Super projekt i sam pomysł nauki programowania przez pisanie gier też jest bardzo ciekawy. Nie tak dawno temu miałem chęć napisania takiej namiastki gry działającej w konsoli. W efekcie powstało coś takiego.

 

[Treker (Damian Szymański)]

@deshipu super, bardzo fajnie wygląda i dźwięk też sporo daje 😉 Jakie masz ogólnie teraz plany z tą konsolą? Co będzie się dalej działo z tym projektem?

[deshipu]

1 godzinę temu, Treker napisał:

Jakie masz ogólnie teraz plany z tą konsolą? Co będzie się dalej działo z tym projektem?

Nie mam jakichś specjalnych planów. Zostało mi w zapasie jakieś 20 sztuk do sprzedania na Tindie i różnych maker fairach — nie wiem czy to pójdzie czy nie, może zrobię jakąś wyprzedaż, bo co prawda sprzedaję to z małym marginesem, ale lepiej już sprzedać z małą stratą niż żeby leżało ze stratą 100%. Wkrótce do sprzedaży wejdzie Adafruit PyBadge, który właściwie jest duchową kontynuacją tej konsolki — wszystko to samo, tylko mocniejszy mikrokontroler, więcej pamięci i akcelerometr na pokładzie. I jak widać na załączonym wideo, doskonale działają na tym moje gry. W zasadzie nosiłem się ze zrobieniem właśnie czegoś takiego jako drugiej wersji konsolki, ale skoro Adafruit zrobił, to ja nie za bardzo mam jak z nimi konkurować. Gdy konsolki się sprzedadzą do końca, to nie planuję dalszej produkcji — projekt jest w pełni otwarty i tak naprawdę dość prosty do zlutowania, jak ktoś bardzo chce, to sobie może sam zrobić.

Z drugiej strony sprzęt to tylko niewielka część takiego projektu. Mam plany nadal pracować nad ulepszeniem firmware-u — zarówno utrzymywaniem go w zgodności z wychodzącymi nowymi wersjami CircuitPythona, jak i zwiększeniem wydajności (nadal nie używam DMA do transmisji SPI, na przykład, a mogłoby to trochę przyśpieszyć) oraz rozszerzeniem funkcjonalności (na przykład przydałby się generator prostych dźwięków, zamiast czytać wszystko z plików WAV, można napisać też wczytywanie grafiki z plików GIF zamiast BMP). Na wyższym poziomie też pracy nie brakuje — przydałaby się lepsza dokumentacja, w postaci poradnika wyjaśniającego jak zrobić poszczególne rzeczy, mam też w planach zestaw przykładowych plików graficznych z podstawowymi obiektami, żeby nie trzeba było wszystkiego od samego początku samemu rysować.

Na pewno też będę pisał na tę platformę kolejne gry — w końcu to właśnie po to to zrobiłem. Za dwa tygodnie jest Ludum Dare, na przykład, to dobra okazja żeby w jego ramach taką grę stworzyć.

[deshipu]

EuroPython za nami, do tego kilka lokalnych warsztatów z dziećmi i plany mi się trochę zmieniły. Okazuje się, że PewPew jest bardzo fajną platformą do nauki, bo jest tanie, wygląda prosto (więc nie odstrasza) i co najważniejsze, łatwo z nią zacząć. Niestety ma jeden bardzo poważny problem — żeby zobaczyć konsolę, a więc też i komunikaty o błędach z naszego programu, to trzeba albo użyć specjalnego edytora, który ma konsolę szeregową, albo osobnego programu. Do tego dochodzą problemy z uprawnieniami pod Linuksem i ze sterownikami pod Windows 7 i robi się skomplikowanie. Ludzie debugują metodą wpatrywania się w swój kod i zmieniania losowych rzeczy, co nie jest najlepsze. Zatem potrzebujemy jakiegoś sposobu na wyświetlenie komunikatów o błędach.

Przewijanie komunikatu, tak jak to robi Micro:bit, niestety się nie sprawdza — nie dość, że nikt tego nie czyta, to jeszcze spowalnia to eksperymentowanie, bo trzeba poczekać aż się przewinie. Zatem zacząłem patrzeć na alternatywy dla macierzy 8x8 i okazało się, że wyświetlacze TFT mocno staniały — taki 1.8-calowy o rozdzielczości 160×128 można dostać niewiele drożej, niż moje macierze, w okolicach 1.5 USD. Zatem postanowiłem odgrzebać mój stary projekt konsolki, napisać do niej bibliotekę emulującą wyświetlacz 8×8 na ekranie, żeby wszystkie stare gry i tutoriale działały,  do tego dołożyć moją bibliotekę do gier z µGame, bo czemu nie, skoro wyświetlacz podobny. Zacząłem z tym wszystkim eksperymentować, usuwając przy tym wszystkie niepotrzebne części, żeby było jak najtaniej i wyszło mi coś takiego:

Urządzenie jest wielkości karty kredytowej. Zamiast SAMD21 jest SAMD51, bo jest szybszy i ma znacznie więcej pamięci RAM, której najbardziej mi w moich grach brakowało. Za to nie ma dodatkowej pamięci flash i używa połowy tej wbudowanej w mikrokontroler. Zamiast głośnika ze wzmacniaczem jest proste (i ciche) piezo — nie chcemy mieć kakofonii podczas warsztatów i lekcji. Wyświetlacz, zasilanie z dwóch małych "paluszków" i to w zasadzie tyle. Żeby ładnie wyglądało i żeby trochę ochronić przed brutalnym traktowaniem dodałem obudowę wyciętą laserem z akrylu, wraz z nakładkami na przyciski. Na dole wyprowadzone są dodatkowe piny, tak jak w PewPew, więc można podłączać rzeczy. Na jednym z nich jest audio, więc jak ktoś koniecznie chce ten wzmacniacz i głośnik (albo słuchawki), to może sobie dospawać.

Zdjęcie przedstawia prototyp numer sześć. Trochę ich było po drodze:

W tej chwili czekam na wycięcie ostatecznej wersji (jak dobrze pójdzie) obudowy, z trochę większymi przyciskami i okrągłymi przyciskami fire (bo kwadratowe się obracają i nie wygląda to dobrze):

Przymierzam się teraz do rozmów z potencjalnymi producentami i dystrybutorami, mam nadzieję, że ostateczna cena urządzenia będzie poniżej 20 USD za sztukę.

[Treker (Damian Szymański)]

@deshipu bardzo fajnie czyta się takie aktualizacje, dobra robota 🙂

Skąd zmiana przycisków? Czy chodzi tylko oto, aby wystawiały ponad obudowę z pleksi? Tamte poprzednie wyglądały chyba fajniej, ale to szczegół 😉

[deshipu]

Dnia 2.10.2019 o 10:26, Treker napisał:

Skąd zmiana przycisków? Czy chodzi tylko oto, aby wystawiały ponad obudowę z pleksi? Tamte poprzednie wyglądały chyba fajniej, ale to szczegół 😉

Zaczęło się od problemów ze zbyt cienką wierzchnią warstwą, która pękała przez to na rogach przy dziurkach od śrubek. Oddalenie dziurek od krawędzi niestety nie wystarczyło, trzeba było zrobić grubszą płytkę (dzięki czemu udało się też trochę zaoszczędzić, bo można wyciąć całość z jednego arkusza), przez co przyciski nie wystawały wystarczająco. Zacząłem kombinować co można z tymi przyciskami zrobić (nawet zrobiłem malutkie płytki PCB do przylutowania pod przyciskami, żeby je trochę podnieść) i w końcu wpadłem na pomysł z nakładkami na przyciski także wyciętymi z tego samego materiału, co obudowa. W testach wyszło to znacznie bardziej naturalne niż osobne przyciski, więc postanowiłem się na tym skupić. Testuję też inne rozwiązania, między innymi wykorzystanie plastikowych nakładek od istniejących konsol (łatwo je kupić, bo sprzedaje się je dla tych, co chcą mieć je w nietypowych kolorach), zobaczymy co wygra na końcu.

[deshipu]

Długo tu nic nie pisałem, a projekt w miejscu nie stał. W zasadzie w poniedziałek dotarło do mnie pierwsze 20 sztuk wersji produkcyjnej, gotowej do zmontowania:

Po zmontowaniu wygląda tak:

Jak widać, zmiany w porównaniu do prototypu raczej drobne: zdecydowałem się jednak na miniaturowe przyciski o wysokości 3mm, na które naklejone taśmą dwustronną są nakładki wycięte z akrylu. Wydaje się takie rozwiązanie bardzo prowizoryczne, ale okazuje się, że w praktyce doskonale się sprawdza. Akryl z którego miała być wycięta obudowa miał mieć grubość 3mm i 2mm, ale w praktyce ma 2.8mm i 1.8mm — na szczęście projekt uwzględniał pod tym względem wariację i wszystko nadal pasuje.

Pierwsze egzemplarze docierają pewnie właśnie teraz pomału do testerów, prawdopodobnie w połowie przyszłego miesiąca będzie można zamawiać konsolki bezpośrednio z Makerfabs, gdzie je produkują. Cena jednej sztuki to 25 USD, nie wliczając przesyłki i bez baterii (2xAAA 1.5V), z obudową do samodzielnego skręcenia.

Poza tym poprawiłem też bootloader i przetestowałem urządzenie z Microsoft MakeCode Arcade — działa bezbłędnie.

Edytowano Styczeń 11, 2020 przez deshipu

[Treker (Damian Szymański)]

@deshipu wygląda bardzo fajnie! Te śrubki wkręcane są prosto w akryl, nie ma z tym żadnych problemów?

Dnia 12.01.2020 o 00:29, deshipu napisał:

Akryl z którego miała być wycięta obudowa miał mieć grubość 3mm i 2mm, ale w praktyce ma 2.8mm i 1.8mm — na szczęście projekt uwzględniał pod tym względem wariację i wszystko nadal pasuje.

No niestety, w przypadku tego typu materiałów rozbieżności trafiają się bardzo często - mieliśmy z tym różne problemy podczas robienia obudów do Raspberry Pi. Najlepiej zawsze poprosić wykonawcę, aby zweryfikował grubość arkusza przed właściwym cięciem.