Przenośne Atari 2600 z lat 90. Architektura i rewizje konsoli TV Boy

Historia klonów Atari 2600 to nie tylko stacjonarne urządzenia, które w Polsce zapisały się w pamięci graczy pod wspólną nazwą „Rambo”. W latach 90. producenci sprzętu poszli o krok dalej w miniaturyzacji, zamykając kompletną architekturę konsoli bezpośrednio w obudowie kontrolera trzymanego w dłoniach. W ten sposób powstała rodzina urządzeń TV Boy – zminiaturyzowanych, zintegrowanych systemów do gier, które przetarły szlak w segmencie zabawek typu „plug and play”.
Analiza techniczna dwóch kolejnych generacji tego urządzenia – TV Boy oraz TV Boy 2 – rzuca światło na kierunek rozwoju i optymalizacji kosztowej układów scalonych pod koniec XX wieku.

Ewolucja wydań, producenci i opakowanie

Pierwsza wersja TV Boya zadebiutowała na rynku w okolicach 1992 roku (według ogólnodostępnych źródeł encyklopedycznych), natomiast druga generacja, TV Boy 2, pochodzi z 1996 roku i była teoretycznie produkowana w Chinach. Urządzenia były dystrybuowane przez różne podmioty:
  • Pierwsza edycja sygnowana była oznaczeniem producenta NICS Electronic Co LTD (prawdopodobnie wersja przeznaczona na rynek angielski).
  • Druga wersja konsoli sprzedawana była pod marką Systema.
Pudełko TV Boy 2 otwiera się w formie prezentacyjnej, ukazując konsolę w pełnej krasie. Na froncie i rewersie widnieją grafiki z gier, które choć odpowiadają rzeczywistym grom wbudowanym w pamięć urządzenia, w większości przypadków zostały podrasowane graficznie (z drobnymi wyjątkami noszącymi znamiona czystej inwencji artystycznej).
Zewnętrzna specyfikacja na opakowaniu deklaruje obecność 126 wbudowanych gier. Co ciekawe, na umieszczonym z tyłu pudełka spisie widnieje 127 pozycji, co de facto dawało jedną grę „gratis”. Z tyłu opakowania wersji drugiej znalazło się również techniczne ostrzeżenie informujące, że tryb dla drugiego gracza może nie być zawsze aktywowany. Wynika to bezpośrednio ze zmian konstrukcyjnych na płycie głównej.

Konstrukcja zewnętrzna i interfejsy I/O

Obie rewizje dzielą niemal identyczny układ ergonomiczny:
  • Manipulatory i przyciski: kierunkowy D-pad, główny przycisk Fire, przyciski funkcyjne Select, Start oraz Reset, a także dioda informacyjna LED.
  • Górny panel: gniazdo zasilacza prądu stałego 6 V, mechaniczny włącznik zasilania oraz wyjście RF (złącze antenowe).
  • Brakujące elementy względem Atari 2600: w konstrukcji zrezygnowano z fizycznych przełączników trudności (dla graczy A i B), które w oryginalnej konsoli stanowiły standard wyposażenia.
Najważniejsza różnica sprzętowa między obiema wersjami leży w interfejsach kontrolerów. Oryginalny TV Boy został wyposażony na boku obudowy w dwa gniazda joysticka w standardzie DB9. Umożliwiało to podłączenie zewnętrznych manipulatorów dla pierwszego i drugiego gracza – sprawdzają się tu tradycyjne joysticki przewodowe, w tym akcesoria takie jak maty do grania. Próby zasilenia i uruchomienia zewnętrznych kontrolerów bezprzewodowych podłączanych do tych portów mogą jednak napotkać problemy z powodu niewystarczającej wydajności prądowej.
W TV Boy 2 zrezygnowano z montażu zewnętrznych portów joysticka na zewnątrz obudowy (choć na laminacie wciąż pozostały na nie puste punkty lutownicze). Stąd też wynikało ostrzeżenie na opakowaniu o braku możliwości jednoczesnej rozgrywki dwuosobowej w wybranych tytułach.

Tor wideo i komunikacja bezprzewodowa RF

Konsole generują sygnał wielkiej częstotliwości (RF), modulowany jako analogowy sygnał telewizyjny. Zgodnie z założeniami producenta konsola mogła łączyć się z odbiornikiem TV za pomocą przewodu koncentrycznego lub bezprzewodowo, za pośrednictwem wkręcanej antenki teleskopowej.
W praktyce bezprzewodowa transmisja radiowa sygnału wideo na współczesne telewizory lub karty tunera napotyka spore trudności i rzadko pozwala uzyskać czysty obraz bez bezpośredniego kontaktu anteny nadawczej z anteną odbiorczą.
Natomiast po spięciu kablem przez tor antenowy, konsola generuje zaskakująco ostry i mocny sygnał telewizyjny jak na sprzęt RF – znacznie przewyższający jakością to, do czego przyzwyczaiły użytkowników tanie klony „Rambo”, a nawet fabryczne egzemplarze Atari 2600 (które we współczesnym retro-gamingu często modyfikuje się pod kątem wyjść Composite Video lub S-Video).
Warto odnotować, że pomimo europejskiego pochodzenia/przeznaczenia testowanych egzemplarzy konsol, zawartość pamięci ROM bazuje na wersjach amerykańskich gier (standard NTSC wymuszający właściwy dobór parametrów demodulacji w tunerze w celu uzyskania koloru).

System operacyjny, oprogramowanie i biblioteka gier

Wybór gier w TV Boyu rozwiązano znacznie wygodniej niż w klasycznych konsolach Rambo. Zamiast mozolnego przełączania pozycji przyciskiem funkcyjnym, zaimplementowano interfejs wyboru numerycznego: gracz wpisuje dwu- lub trzycyfrowy identyfikator gry, po czym zatwierdza wybór przyciskiem Fire.
Struktura listy gier reprezentuje specyficzne zjawisko pirackiego nazewnictwa lat 90.:
  • Nieliczne tytuły zachowały oryginalne nazwy (np. River Raid pod numerem 2).
  • Większość gier otrzymała nazwy całkowicie zmyślone: Pac-Man 2 (poz. 15, będący klonem/wariacją Pac-Mana), Thief (poz. 35, pod którą kryje się klasyczne Keystone Kapers), F1 Race (poz. 29, czyli w rzeczywistości Enduro) czy Car Race (poz. 67, będący grą Grand Prix).
  • Pozycja 127, podpisana jako Invader, reprezentuje kosmiczną strzelaninę w stylistyce Star Treka.
Ciekawostką inżynieryjną jest pozycja 91 na liście – oznaczona jako Factory Test Game. Wbrew nazwie sugerującej fabryczny program diagnostyczny, w pamięci ROM kryje się standardowa gra, a na konsoli uruchamia się uszkodzony obraz gry Defender. Uszkodzenie fragmentu danych w strukturze pamięci uniemożliwiało poprawną rozgrywkę; zamiast poprawiać maskę produkcyjną układu ROM, producent obszedł problem marketingowo, opisując uszkodzoną grę na opakowaniu jako program do celów serwisowo-testowych.
System weryfikuje zakres wprowadzanych danych: podanie wartości spoza dozwolonej puli (np. numerów 128, 129 czy 140) nie inicjuje odczytu i jest ignorowane przez procesor.

Architektura wewnętrzna i integracja krzemu

Sekcja zwłok obu rewizji sprzętowych ujawnia dwa zupełnie różne podejścia do procesu produkcyjnego.
TV Boy (Wersja 1):
  • Pamięć ROM: układ oznaczony jako NS-31 TV-BOY 127G, zawierający 127 binarnych zrzutów gier wraz z kodem programu menu wyboru.
  • Układ SoC: kość oznaczona symbolem 3289. Jest to w pełni zintegrowany System-on-a-Chip (ASIC) integrujący w jednej strukturze krzemowej wszystkie kluczowe komponenty Atari 2600: procesor MOS Technology 6507, układ graficzno-dźwiękowy TIA oraz kontroler RIOT (RAM/IO/Timer).
  • Moduł RF i logika pomocnicza: oddzielny, ekranowany modulator RF wlutowany w płytę oraz trzy mniejsze układy scalone realizujące zadania buforów magistrali, bramek logicznych i rejestrów.
Integracja całej architektury Atari 2600 w pojedynczym układzie ASIC była w branży przedsięwzięciem pionierskim. Podobny projekt realizowało samo Atari we współpracy z firmą Ricoh (tworząc eksperymentalny układ jednoukładowy obecny w rzadkich egzemplarzach Atari 2600 Junior), jednak chip 3289 z TV Boya to niezależne dzieło inżynierii wstecznej stworzone przez firmę trzecią.
TV Boy 2 (Wersja 2):
  • Płyta główna została zoptymalizowana pod kątem miniaturyzacji kosztów. Wycofano zewnętrzne gniazda joysticków DB9 (choć pola lutownicze pozostały na PCB).
  • Sekcja cyfrowa została schowana pod przylutowanym, blaszanym radiatorem ekranującym.
  • Pod ekranem zrezygnowano z tradycyjnych obudów DIP na rzecz technologii Chip-on-Board (układ scalony zalany żywicą epoksydową, tzw. „glut”).
  • Zastosowano strukturę piętrową („kanapkę”), gdzie zminiaturyzowany krzem konsoli i pamięć programowa z grami zostały scalone w zoptymalizowany moduł wielopoziomowy.

Podsumowanie inżynieryjne

Urządzenia z serii TV Boy są technologicznym dowodem na niezwykłą żywotność architektury Atari 2600. Nawet w połowie lat 90. – w trzeciej dekadzie obecności tej architektury na rynku – dalekowschodni inżynierowie inwestowali środki w inżynierię wsteczną mikroukładów, projektowanie dedykowanych układów ASIC oraz zaawansowaną integrację Chip-on-Board.
Po doprowadzeniu zewnętrznego zasilania 6 V i wpięciu manipulatorów przez gniazda DB9, TV Boy pierwszej generacji stawał się de facto pełnoprawną, autonomiczną i wyjątkowo zwartą stacjonarną konsolą gier wideo, generującą sygnał RF o parametrach przewyższających fabryczny pierwowzór.