logo Overkill Security

Architecture of NES Consoles

It ‎seems‏ ‎you’ve ‎traded ‎the ‎thrilling ‎world‏ ‎of ‎social‏ ‎interactions‏ ‎for ‎the ‎captivating‏ ‎realm ‎of‏ ‎game ‎console ‎research. ‎Let’s‏ ‎dive‏ ‎into ‎the‏ ‎depths ‎of‏ ‎your ‎newfound ‎obsession ‎called ‎the‏ ‎Super‏ ‎Nintendo ‎Entertainment‏ ‎System ‎(SNES)?

FabienSanglard,‏ ‎our ‎hero, ‎has ‎meticulously ‎dissected‏ ‎the‏ ‎SNES,‏ ‎offering ‎us‏ ‎a ‎trilogy‏ ‎of ‎articles‏ ‎that‏ ‎could ‎very‏ ‎well ‎replace ‎any ‎human ‎interaction.

First‏ ‎off, ‎we‏ ‎have‏ ‎the ‎exposé ‎on‏ ‎SNES ‎cartridges,‏ ‎those ‎magical ‎plastic ‎blocks‏ ‎that,‏ ‎surprise, ‎held‏ ‎more ‎than‏ ‎just ‎the ‎dreams ‎of ‎90s‏ ‎kids.‏ ‎They ‎were‏ ‎technological ‎marvels‏ ‎with ‎their ‎own ‎hardware, ‎including‏ ‎the‏ ‎oh-so-essential‏ ‎CIC ‎copy‏ ‎protection ‎chip.

Then,‏ ‎Sanglard ‎takes‏ ‎us‏ ‎on ‎a‏ ‎historical ‎journey ‎through ‎the ‎evolution‏ ‎of ‎the‏ ‎SNES‏ ‎motherboard. ‎Twelve ‎versions‏ ‎over ‎twelve‏ ‎years, ‎each ‎one ‎reducing‏ ‎the‏ ‎number ‎of‏ ‎chips ‎and‏ ‎components.

And ‎let’s ‎not ‎forget ‎the‏ ‎heartwarming‏ ‎tale ‎of‏ ‎the ‎SNES’s‏ ‎clock ‎generators. ‎These ‎little ‎timekeepers‏ ‎made‏ ‎sure‏ ‎everything ‎ran‏ ‎like ‎clockwork‏ ‎(pun ‎absolutely‏ ‎intended).‏ ‎Because ‎what’s‏ ‎a ‎gaming ‎console ‎without ‎its‏ ‎precise ‎timing‏ ‎to‏ ‎keep ‎those ‎tool-assisted‏ ‎speedruns ‎accurate?‏ ‎It’s ‎not ‎like ‎gamers‏ ‎have‏ ‎anything ‎better‏ ‎to ‎do,‏ ‎like, ‎say, ‎going ‎outside.

So, ‎there‏ ‎you‏ ‎have ‎it,‏ ‎a ‎trilogy‏ ‎of ‎articles ‎that ‎could ‎very‏ ‎well‏ ‎serve‏ ‎as ‎a‏ ‎substitute ‎for‏ ‎human ‎interaction.‏ ‎Who‏ ‎needs ‎friends‏ ‎when ‎you ‎have ‎the ‎intricate‏ ‎details ‎of‏ ‎the‏ ‎SNES ‎to ‎keep‏ ‎you ‎warm‏ ‎at ‎night? ‎Thank ‎you,‏ ‎Fabien‏ ‎Sanglard, ‎for‏ ‎giving ‎us‏ ‎the ‎perfect ‎excuse ‎to ‎avoid‏ ‎social‏ ‎obligations ‎in‏ ‎favor ‎of‏ ‎gaming ‎console ‎research.

SNES ‎Cartridges:

The ‎SNES‏ ‎cartridges‏ ‎were‏ ‎unique ‎in‏ ‎that ‎they‏ ‎could ‎include‏ ‎additional‏ ‎hardware ‎such‏ ‎as ‎the ‎CIC ‎copy ‎protection‏ ‎chip, ‎SRAM,‏ ‎and‏ ‎enhancement ‎processors ‎like‏ ‎the ‎«Super‏ ‎Accelerator ‎1» ‎(SA-1). ‎These‏ ‎processors‏ ‎significantly ‎boosted‏ ‎the ‎console’s‏ ‎capabilities, ‎allowing ‎for ‎advanced ‎graphics‏ ‎and‏ ‎gameplay ‎features.‏ ‎It ‎highlights‏ ‎the ‎evolutionary ‎steps ‎Nintendo ‎took‏ ‎with‏ ‎the‏ ‎SNES ‎motherboard‏ ‎to ‎enhance‏ ‎the ‎system’s‏ ‎efficiency‏ ‎and ‎cost-effectiveness‏ ‎over ‎time.

Key ‎Features

📌The ‎SNES ‎motherboard‏ ‎underwent ‎significant‏ ‎changes‏ ‎throughout ‎its ‎production,‏ ‎primarily ‎aimed‏ ‎at ‎reducing ‎the ‎complexity‏ ‎and‏ ‎cost ‎of‏ ‎the ‎system.

📌The‏ ‎motherboard ‎started ‎with ‎a ‎high‏ ‎number‏ ‎of ‎chips‏ ‎and ‎components‏ ‎which ‎were ‎gradually ‎reduced ‎in‏ ‎later‏ ‎versions.

Chip‏ ‎Reduction

📌One ‎of‏ ‎the ‎major‏ ‎advancements ‎in‏ ‎the‏ ‎SNES ‎motherboard‏ ‎design ‎was ‎the ‎introduction ‎of‏ ‎the ‎1-CHIP‏ ‎version.‏ ‎This ‎version ‎consolidated‏ ‎the ‎CPU‏ ‎and ‎the ‎two ‎PPUs‏ ‎(Picture‏ ‎Processing ‎Units)‏ ‎into ‎a‏ ‎single ‎ASIC ‎(Application-Specific ‎Integrated ‎Circuit),‏ ‎reducing‏ ‎the ‎total‏ ‎number ‎of‏ ‎chips ‎on ‎the ‎motherboard ‎to‏ ‎nine.

📌This‏ ‎reduction‏ ‎not ‎only‏ ‎simplified ‎the‏ ‎design ‎but‏ ‎also‏ ‎potentially ‎improved‏ ‎the ‎system’s ‎reliability ‎and ‎performance.

Motherboard‏ ‎Versions

📌Over ‎its‏ ‎12-year‏ ‎lifespan, ‎Nintendo ‎released‏ ‎twelve ‎different‏ ‎versions ‎of ‎the ‎SNES‏ ‎motherboard.

📌These‏ ‎versions ‎include‏ ‎various ‎models‏ ‎like ‎SHVC-CPU-01, ‎SNS-CPU-GPM-01, ‎and ‎SNS-CPU-1CHIP-01‏ ‎among‏ ‎others, ‎each‏ ‎corresponding ‎to‏ ‎different ‎production ‎years ‎and ‎design‏ ‎tweaks.

📌The‏ ‎versions‏ ‎are ‎categorized‏ ‎into ‎four‏ ‎major ‎generations:‏ ‎Classic,‏ ‎APU, ‎1-CHIP,‏ ‎and ‎Junior, ‎with ‎the ‎1-CHIP‏ ‎and ‎Junior‏ ‎versions‏ ‎representing ‎the ‎most‏ ‎significant ‎redesigns.

📌The‏ ‎Super ‎Nintendo ‎Jr ‎(also‏ ‎known‏ ‎as ‎Mini)‏ ‎is ‎noted‏ ‎as ‎the ‎final ‎form ‎of‏ ‎the‏ ‎SNES, ‎maintaining‏ ‎the ‎reduced‏ ‎chip ‎count ‎and ‎featuring ‎a‏ ‎more‏ ‎integrated‏ ‎design ‎where‏ ‎the ‎motherboard‏ ‎no ‎longer‏ ‎has‏ ‎parts ‎dedicated‏ ‎to ‎specific ‎subsystems.

Evolution ‎of ‎the‏ ‎SNES ‎Motherboard:

Over‏ ‎its‏ ‎12-year ‎lifespan, ‎Nintendo‏ ‎released ‎twelve‏ ‎versions ‎of ‎the ‎SNES‏ ‎motherboard,‏ ‎each ‎reducing‏ ‎the ‎number‏ ‎of ‎chips ‎and ‎components. ‎The‏ ‎most‏ ‎notable ‎advancement‏ ‎was ‎the‏ ‎1-CHIP ‎version, ‎which ‎integrated ‎the‏ ‎CPU‏ ‎and‏ ‎two ‎PPUs‏ ‎into ‎a‏ ‎single ‎ASIC,‏ ‎simplifying‏ ‎the ‎design‏ ‎and ‎potentially ‎enhancing ‎performance. ‎It‏ ‎sheds ‎light‏ ‎on‏ ‎the ‎technical ‎marvels‏ ‎and ‎challenges‏ ‎of ‎the ‎SNES ‎cartridge‏ ‎system,‏ ‎highlighting ‎how‏ ‎Nintendo ‎leveraged‏ ‎additional ‎hardware ‎within ‎cartridges ‎to‏ ‎push‏ ‎the ‎boundaries‏ ‎of ‎what‏ ‎was ‎possible ‎in ‎video ‎gaming‏ ‎during‏ ‎the‏ ‎era

Enhancement ‎Processors

📌SNES‏ ‎cartridges ‎were‏ ‎notable ‎for‏ ‎their‏ ‎ability ‎to‏ ‎include ‎more ‎than ‎just ‎game‏ ‎instructions ‎and‏ ‎assets.‏ ‎They ‎could ‎also‏ ‎house ‎additional‏ ‎hardware ‎components ‎such ‎as‏ ‎the‏ ‎CIC ‎copy‏ ‎protection ‎chip,‏ ‎SRAM, ‎and ‎enhancement ‎processors.

📌These ‎enhancement‏ ‎processors,‏ ‎such ‎as‏ ‎the ‎«Super‏ ‎Accelerator ‎1» ‎(SA-1) ‎chip, ‎significantly‏ ‎boosted‏ ‎the‏ ‎SNES’s ‎capabilities.‏ ‎The ‎SA-1‏ ‎chip, ‎found‏ ‎in‏ ‎34 ‎cartridges,‏ ‎was ‎a ‎65C816 ‎CPU ‎running‏ ‎at ‎10.74‏ ‎MHz—four‏ ‎times ‎faster ‎than‏ ‎the ‎SNES’s‏ ‎main ‎CPU. ‎It ‎also‏ ‎included‏ ‎2KiB ‎of‏ ‎SRAM ‎and‏ ‎an ‎integrated ‎CIC.

Copy-Protection ‎Mechanism

📌The ‎SNES‏ ‎utilized‏ ‎a ‎copy-protection‏ ‎mechanism ‎involving‏ ‎two ‎CIC ‎chips ‎that ‎communicated‏ ‎in‏ ‎lockstep—one‏ ‎in ‎the‏ ‎console ‎and‏ ‎the ‎other‏ ‎in‏ ‎the ‎cartridge.‏ ‎If ‎the ‎console’s ‎CIC ‎detected‏ ‎an ‎unauthorized‏ ‎game,‏ ‎it ‎would ‎reset‏ ‎every ‎processor‏ ‎in ‎the ‎system.

📌Some ‎unsanctioned‏ ‎games,‏ ‎like ‎«Super‏ ‎3D ‎Noah’s‏ ‎Ark, ‎» ‎bypassed ‎this ‎protection‏ ‎by‏ ‎requiring ‎an‏ ‎official ‎cartridge‏ ‎to ‎be ‎plugged ‎on ‎top‏ ‎of‏ ‎them,‏ ‎using ‎the‏ ‎official ‎game’s‏ ‎CIC ‎to‏ ‎authenticate.

Game‏ ‎Enhancements

📌The ‎inclusion‏ ‎of ‎enhancement ‎processors ‎allowed ‎for‏ ‎significant ‎improvements‏ ‎in‏ ‎game ‎performance ‎and‏ ‎graphics. ‎For‏ ‎example, ‎the ‎SA-1 ‎chip‏ ‎enabled‏ ‎the ‎SNES‏ ‎to ‎animate‏ ‎and ‎detect ‎collisions ‎on ‎all‏ ‎128‏ ‎sprites ‎available‏ ‎in ‎the‏ ‎PPU, ‎transform ‎sprites ‎on ‎the‏ ‎fly‏ ‎(rotate/scale),‏ ‎and ‎write‏ ‎them ‎back‏ ‎into ‎the‏ ‎PPU‏ ‎VRAM.

📌Another ‎enhancement‏ ‎chip, ‎the ‎Super-GFX, ‎excelled ‎at‏ ‎rendering ‎pixels‏ ‎and‏ ‎rasterizing ‎polygons, ‎usually‏ ‎rendering ‎into‏ ‎a ‎framebuffer ‎located ‎on‏ ‎the‏ ‎cartridge. ‎This‏ ‎content ‎was‏ ‎then ‎transferred ‎to ‎the ‎VRAM‏ ‎during‏ ‎VSYNC.

Regional ‎Compatibility‏ ‎and ‎Circumvention

📌The‏ ‎article ‎also ‎touches ‎on ‎the‏ ‎physical‏ ‎and‏ ‎electronic ‎measures‏ ‎Nintendo ‎used‏ ‎to ‎enforce‏ ‎regional‏ ‎compatibility, ‎such‏ ‎as ‎the ‎different ‎shapes ‎of‏ ‎cartridges ‎and‏ ‎the‏ ‎CIC ‎lockout ‎system.‏ ‎However, ‎it‏ ‎mentions ‎that ‎these ‎measures‏ ‎were‏ ‎not ‎foolproof‏ ‎and ‎could‏ ‎be ‎circumvented.

Community ‎and ‎Development ‎Insights

📌Discussions‏ ‎on‏ ‎platforms ‎like‏ ‎Hacker ‎News‏ ‎reflect ‎on ‎the ‎impact ‎and‏ ‎potential‏ ‎of‏ ‎these ‎cartridges,‏ ‎comparing ‎them‏ ‎to ‎other‏ ‎Nintendo‏ ‎innovations ‎and‏ ‎discussing ‎the ‎technical ‎challenges ‎and‏ ‎solutions ‎provided‏ ‎by‏ ‎the ‎SNES’s ‎design

Clock‏ ‎Generators ‎in‏ ‎the ‎SNES:

The ‎SNES ‎utilized‏ ‎two‏ ‎main ‎clock‏ ‎generators ‎to‏ ‎manage ‎the ‎timing ‎for ‎its‏ ‎various‏ ‎components. ‎These‏ ‎clocks ‎were‏ ‎crucial ‎for ‎the ‎operation ‎of‏ ‎the‏ ‎CPU,‏ ‎PPU, ‎and‏ ‎APU. ‎The‏ ‎system ‎also‏ ‎included‏ ‎enhancement ‎chips‏ ‎in ‎some ‎cartridges, ‎which ‎used‏ ‎these ‎clocks‏ ‎for‏ ‎additional ‎processing ‎power,‏ ‎exemplified ‎by‏ ‎the ‎SuperFX ‎chip ‎used‏ ‎in‏ ‎games ‎like‏ ‎StarFox. ‎This‏ ‎detailed ‎examination ‎of ‎the ‎SNES’s‏ ‎clock‏ ‎system ‎reveals‏ ‎the ‎intricate‏ ‎design ‎and ‎engineering ‎that ‎supported‏ ‎the‏ ‎console’s‏ ‎complex ‎graphics‏ ‎and ‎audio‏ ‎capabilities, ‎allowing‏ ‎for‏ ‎advanced ‎gaming‏ ‎experiences ‎during ‎its ‎era.

Clock ‎Generators

📌The‏ ‎SNES ‎motherboard‏ ‎features‏ ‎two ‎primary ‎clock‏ ‎generators ‎located‏ ‎in ‎the ‎X2 ‎and‏ ‎X1‏ ‎slots.

📌The ‎X2‏ ‎slot ‎houses‏ ‎a ‎24.576 ‎MHz ‎ceramic ‎resonator,‏ ‎which‏ ‎is ‎blue‏ ‎in ‎color.‏ ‎This ‎resonator ‎is ‎crucial ‎for‏ ‎the‏ ‎operation‏ ‎of ‎the‏ ‎Audio ‎Processing‏ ‎Unit ‎(APU),‏ ‎setting‏ ‎the ‎pace‏ ‎for ‎audio ‎processing ‎on ‎the‏ ‎SNES.

📌The ‎X1‏ ‎slot‏ ‎contains ‎a ‎21.300‏ ‎MHz ‎oscillator,‏ ‎labeled ‎D21L3, ‎which ‎is‏ ‎yellow.‏ ‎This ‎oscillator‏ ‎is ‎strategically‏ ‎placed ‎near ‎the ‎CPU ‎and‏ ‎the‏ ‎Picture ‎Processing‏ ‎Unit ‎(PPU),‏ ‎thereby ‎setting ‎their ‎operational ‎pace.

Clock‏ ‎Distribution‏ ‎and‏ ‎Enhancement ‎Chips

📌The‏ ‎SNES ‎utilizes‏ ‎these ‎master‏ ‎clocks‏ ‎in ‎conjunction‏ ‎with ‎dividers ‎to ‎generate ‎additional‏ ‎clocks ‎needed‏ ‎by‏ ‎various ‎components. ‎For‏ ‎instance, ‎the‏ ‎Ricoh ‎5A22 ‎CPU ‎operates‏ ‎at‏ ‎1/6th ‎the‏ ‎frequency ‎of‏ ‎the ‎master ‎clock, ‎resulting ‎in‏ ‎a‏ ‎frequency ‎of‏ ‎3.579545 ‎MHz.

📌The‏ ‎system ‎includes ‎a ‎total ‎of‏ ‎fifteen‏ ‎different‏ ‎clocks, ‎highlighting‏ ‎the ‎complex‏ ‎timing ‎management‏ ‎within‏ ‎the ‎SNES.

📌The‏ ‎SYS-CLK ‎line, ‎which ‎runs ‎at‏ ‎21.47727 ‎MHz,‏ ‎is‏ ‎routed ‎to ‎the‏ ‎cartridge ‎port.‏ ‎This ‎setup ‎is ‎not‏ ‎typically‏ ‎necessary ‎for‏ ‎the ‎basic‏ ‎operation ‎of ‎the ‎cartridges, ‎which‏ ‎contain‏ ‎ROM ‎with‏ ‎game ‎data‏ ‎and ‎instructions. ‎However, ‎this ‎clock‏ ‎signal‏ ‎is‏ ‎crucial ‎for‏ ‎cartridges ‎that‏ ‎contain ‎their‏ ‎own‏ ‎enhancement ‎processors,‏ ‎like ‎the ‎SuperFX ‎chip ‎used‏ ‎in ‎games‏ ‎such‏ ‎as ‎StarFox.

📌These ‎enhancement‏ ‎chips ‎can‏ ‎utilize ‎the ‎SYS-CLK ‎for‏ ‎additional‏ ‎processing ‎power,‏ ‎with ‎some‏ ‎chips ‎like ‎the ‎MARIO ‎version‏ ‎of‏ ‎the ‎SuperFX‏ ‎processor ‎using‏ ‎an ‎internal ‎divider ‎to ‎adjust‏ ‎the‏ ‎clock‏ ‎frequency ‎to‏ ‎suit ‎specific‏ ‎processing ‎needs.

Impact‏ ‎on‏ ‎Game ‎Performance

📌The‏ ‎precision ‎of ‎these ‎clock ‎generators‏ ‎is ‎vital‏ ‎for‏ ‎the ‎deterministic ‎execution‏ ‎of ‎game‏ ‎code, ‎which ‎is ‎particularly‏ ‎important‏ ‎for ‎applications‏ ‎like ‎tool-assisted‏ ‎speedruns ‎(TAS). ‎Over ‎time, ‎the‏ ‎accuracy‏ ‎of ‎ceramic‏ ‎resonators ‎can‏ ‎degrade, ‎leading ‎to ‎performance ‎inconsistencies

Предыдущий Следующий
Все посты проекта

Подарить подписку

Будет создан код, который позволит адресату получить бесплатный для него доступ на определённый уровень подписки.

Оплата за этого пользователя будет списываться с вашей карты вплоть до отмены подписки. Код может быть показан на экране или отправлен по почте вместе с инструкцией.

Будет создан код, который позволит адресату получить сумму на баланс.

Разово будет списана указанная сумма и зачислена на баланс пользователя, воспользовавшегося данным промокодом.

Добавить карту
0/2048