Guide to MCU

MCU (Microcontroller Unit) — программируемые микроконтроллеры, позволяющие игрокам создавать автоматизированные устройства с произвольной логикой. MCU используют полноценный интерпретатор 32-битного процессора RISC-V с расширениями IMFZicsrZicntrZbbZba и уровнями привилегий M+U.

Обзор

MCU представляют собой компактные вычислительные платы, которые можно программировать с помощью загрузки ELF-файлов через JTAG-программатор. К MCU подключаются различные модули расширения через PCI-слоты, позволяя взаимодействовать с окружающим миром: синтезировать речь, отправлять радиосигналы, выводить отладочную информацию и многое другое.

Ключевые особенности

Реальная архитектура RISC-V — код компилируется стандартными тулчейнами (GCC, Clang)
Модульная система — расширение функциональности через PCI-модули
Реалистичная термодинамика — перегрев, троттлинг, аварийное отключение
Разгон — возможность превысить штатные частоты с риском нестабильности
Радиационная устойчивость — различные уровни защиты для работы вблизи суперматерии

Базовое использование

Начало работы

Получите MCU — изготовьте на принтере схем или найдите готовую плату
Установите батарею — используйте любую совместимую ячейку питания
Подключите модули — вставьте нужные PCI-модули в плату
Загрузите прошивку — используйте JTAG-программатор для загрузки ELF-файла
Включите плату — используйте команду "Turn On" в контекстном меню

Управление

Действие	Инструмент	Описание
Загрузка прошивки	JTAG-программатор	Загружает ELF-файл в память MCU (плата должна быть выключена)
Диагностика	Debugger Probe	Выводит полный дамп регистров процессора (PC, x0-x31, f0-f31, CSR и др.)
Настройка частоты	Мультитул	Позволяет задать рабочую частоту в допустимых пределах
Переключение OC	Отвёртка	Включает/выключает режим разгона
Ремонт радиационных повреждений	Нанопаста	Восстанавливает повреждённую полупроводниковую структуру, снижая накопленный TID
Блокировка прошивки	Сварочный аппарат	НЕОБРАТИМО прожигает OTP-предохранитель, запрещая перепрограммирование
Установка батареи	Батарея (в руке)	Вставляет источник питания
Установка модуля	PCI-модуль (в руке)	Подключает модуль расширения

Контекстное меню

Turn On — включить плату
Turn Off — выключить плату
Eject Battery — извлечь батарею
Eject Module — извлечь выбранный PCI-модуль

Модели MCU

Стандартная линейка (Nanotrasen Cybernetics)

Модель	RAM	Частота	PCI	Особенности
NCR-1000	64 KB	0.25–2 МГц	4	Базовая модель для повседневных задач
NCR-2000	256 KB	0.5–4 МГц	8	Удвоенная память, популярна в промышленности
NCR-4000 Pro	1 MB	1–8 МГц	16	Профессиональный уровень, лёгкая защита от радиации

Энергоэффективная линейка (Whisper)

Модель	RAM	Частота	PCI	Особенности
Whisper-LP8	32 KB	0.125–1 МГц	2	Ультранизкое потребление, идеален для датчиков
Whisper-LP16	64 KB	0.1–1.5 МГц	4	Расширенная автономность
Whisper-LP32i	128 KB	0.25–2 МГц	6	Промышленный класс, повышенная радиационная защита

Оверклокерская линейка (Cybersun Fury)

Модель	RAM	Частота	OC предел	PCI	Особенности
Fury-S1 Starter	64 KB	0.75–3 МГц	4.5 МГц	4	Начальный уровень, защита RAM при OC
Fury-X1	256 KB	1–4 МГц	6 МГц	8	Разблокированные множители
Fury-X2 Extreme	1 MB	2–8 МГц	12 МГц	16	Флагман линейки, требует серьёзного охлаждения

Линейка Fury поставляется с включённым режимом разгона и защитой RAM. Превышение штатных частот значительно увеличивает тепловыделение и может привести к нестабильности!

Гибкая линейка (Flex)

Модель	RAM	Частота	PCI	Особенности
Flex-V1	64 KB	0.1–4 МГц	6	Широкий диапазон частот
Flex-V2 Pro	256 KB	0.125–6 МГц	12	Адаптивные системы
Flex-V3 Max	768 KB	0.0625–8 МГц	18	Максимальная гибкость, защита от EMP

Специализированные модели

Модель	RAM	Частота	PCI	Особенности
Aegis-H1	128 KB	0.5–2 МГц	4	90% защита от радиации, работает у суперматерии
RetroTech Z80-NT	32 KB	0.25–0.75 МГц	2	Ностальгия для энтузиастов, минимальное потребление

PCI-модули

Text-to-Speech Module

Синтезирует речь из текста. MCU может "говорить" в игровой чат.

Serial Terminal Module

Терминал для отладки и взаимодействия с MCU. Открывается при использовании модуля в руке (при подключении к MCU). Позволяет просматривать вывод программы и отправлять данные.

Signaler Module

Радиомодуль для отправки и приёма сигналов. Позволяет удалённо активировать другие устройства или получать команды.

Инструменты

JTAG-программатор

Используется для загрузки ELF-файлов в память MCU. Плата должна быть выключена для программирования.

Debugger Probe

Компактный аппаратный отладчик для диагностики микроконтроллеров. Позволяет читать состояние регистров работающего MCU:

Статус — Program Counter (PC), счётчик циклов, счётчик инструкций, уровень привилегий
Общие регистры — x0-x31 (целочисленные регистры RISC-V)
Регистры с плавающей точкой — f0-f31
FCSR — регистр состояния FPU (режим округления, флаги исключений)
Таймеры — mtime, mtimecmp
CSR регистры — mscratch, mepc, mtval, mcause, mtvec
Прерывания — состояние MIE и MIP (software, timer, external)
Идентификация — mvendorid, marchid, mimpid, mhartid

Незаменим для низкоуровневой отладки и диагностики проблем с прошивкой.

Термальная система

MCU генерируют тепло при работе. Система охлаждения учитывает:

Частоту работы — выше частота = больше тепла
Загрузку процессора — активные вычисления греют сильнее
Окружающую среду — в вакууме охлаждение практически отсутствует
Разгон — потребление растёт квадратично относительно превышения частоты

Температурные пороги

Каждая модель имеет свои пороги (указаны типичные значения):

Порог	Температура	Эффект
Троттлинг	~65°C	Частота снижается вдвое
Аварийное отключение	~90°C	MCU выключается
Повреждение	~95°C	Начинается повреждение памяти

При включённом режиме разгона (OC) аварийное отключение при перегреве отключено — плата продолжит работать до физического повреждения!

Индикация состояния

При осмотре MCU:

Зелёный LED — нормальная работа
Оранжевый мигающий LED — троттлинг активен
Красный мигающий LED — требуется охлаждение перед запуском
LED выключен — плата не работает

Разгон (Overclocking)

Для разгона:

Переключите OC-джампер отвёрткой
Установите частоту выше штатного максимума (до 150% от max)

Риски разгона

Повышенное энергопотребление — батарея разряжается быстрее
Увеличенное тепловыделение — требуется внешнее охлаждение
Нестабильность памяти — случайное повреждение данных в RAM
Отсутствие защиты от перегрева — плата не выключится автоматически

Модели без флага oc_ram_protection будут испытывать случайные ошибки памяти при разгоне!

Радиация

MCU подвержены воздействию ионизирующего излучения:

Мгновенные эффекты (при работе)

SEU (Single Event Upset) — случайное изменение битов в памяти
SEL (Single Event Latchup) — короткое замыкание с аварийным отключением и искрами

Накопительный эффект (TID)

Total Ionizing Dose накапливается даже при выключенной плате:

Уровень TID	Эффект
50% лимита	Лёгкое обесцвечивание, ×1.5 к вероятности ошибок
75% лимита	Заметное обесцвечивание, ×2 к вероятности ошибок
100% лимита	Необратимый выход из строя

Защита от радиации

Модель	Защита	TID лимит
Стандартные	0–5%	100
Whisper-LP32i	50%	250
Aegis-H1	90%	1000

Ремонт радиационных повреждений

Накопленный TID можно снизить с помощью нанопасты. Каждое применение восстанавливает часть повреждённой полупроводниковой структуры, "залечивая" радиационно-индуцированные дефекты в оксидных слоях.

При отсутствии повреждений — нанопаста не требуется
При серьёзных повреждениях — может потребоваться несколько применений
При полном восстановлении — устройство возвращается к нормальной работе

Нанопаста не поможет, если MCU уже вышел из строя (TID достиг 100% лимита).

EMP

Электромагнитные импульсы повреждают MCU в зависимости от силы импульса и уровня защиты (emp_hardening):

Модель	Защита EMP
Базовые модели	0 (уязвимы)
NCR-4000 Pro, Whisper-LP	1
Whisper-LP32i	2
Aegis-H1	4

При превышении защиты — необратимый выход из строя.

Физические повреждения

MCU разрушаются от:

Попадания снарядов
Взрывов
Падения/ударов
Расплавления (экстремальные температуры)

При разрушении батарея и модули могут уцелеть (50% шанс) и разлететься в стороны.

Защита прошивки

OTP (One-Time Programmable) предохранитель можно прожечь сварочным аппаратом:

Это действие НЕОБРАТИМО! После прожига MCU невозможно перепрограммировать.

Используется для:

Защиты критических систем от саботажа
Предотвращения несанкционированных модификаций
Создания "запечатанных" устройств

Изготовление

Все MCU и модули изготавливаются на принтере схем (Imprinter) и протолате. Требуемые технологии и материалы зависят от сложности устройства.

Советы

Начинайте с NCR-1000 или Whisper-LP8 для изучения системы
Всегда тестируйте прошивку перед прожигом OTP
Для работы у суперматерии используйте только Aegis-H1
Serial Terminal незаменим для отладки
Debugger Probe поможет диагностировать проблемы на уровне регистров
В вакууме MCU перегревается почти мгновенно — обеспечьте атмосферу
Линейка Flex идеальна для устройств с переменной нагрузкой
Держите нанопасту под рукой при работе в зонах с повышенной радиацией

Разработка прошивок

Эта секция предназначена для разработчиков, желающих создавать собственные прошивки для MCU.

Архитектура

MCU используют 32-битный процессор RISC-V со следующими расширениями:

Расширение	Описание
I	Базовый целочисленный набор инструкций
M	Умножение и деление
F	Операции с плавающей точкой одинарной точности
Zicsr	Инструкции для работы с CSR (Control and Status Registers)
Zicntr	Базовые счётчики производительности
Zbb	Базовые битовые манипуляции
Zba	Адресные битовые манипуляции

Уровни привилегий: M (Machine) + U (User).

SDK

Официальный SDK написан на языке Zig и доступен на GitHub:

https://github.com/igorsaux/mcu-sdk

SDK содержит:

Определения всех memory-mapped регистров
Драйверы для всех PCI-устройств
Утилиты для работы с таймерами, DMA, PRNG
Примеры использования всех модулей

Карта памяти

Адрес	Размер	Описание
`0x0000_1000`	16 байт	Boot Info (частота CPU, размер RAM)
`0x0000_2000`	8 байт	Сенсоры (температура, энергопотребление, флаги)
`0x0200_0000`	—	CLINT (таймер, прерывания)
`0x0C00_2000`	1 байт	PRNG (аппаратный генератор случайных чисел)
`0x1000_0000`	—	UART
`0x1000_1000`	—	DMA контроллер
`0x1000_2000`	—	PCI контроллер
`0x2000_0000`	—	Адресное пространство PCI-устройств
`0x8000_0000`	varies	RAM (начало)

Структуры данных

Boot Info

pub const BootInfo = extern struct {
    cpu_frequency: u64,  // Частота CPU в Hz
    ram_size: u32,       // Размер RAM в байтах
    free_ram_start: u32, // Начало свободной RAM
};

Sensors

pub const Sensors = extern struct {
    pub const Flags = packed struct(u8) {
        overheat: bool = false,   // Температура >= shutdown_temp
        throttled: bool = false,  // Частота снижена
        _pad: u6 = 0,
    };

    temperature: i16 = 0,   // Температура в °C
    power_usage: u16 = 0,   // Потребление в mWh/мин
    flags: Flags = .{},
};

PCI-устройства

Обнаружение устройств

pub const Pci = extern struct {
    pub const MAX_DEVICES: usize = 18;

    pub const DeviceType = enum(u8) {
        none = 0,
        tts = 1,
        serial_terminal = 2,
        signaler = 3,
        _,
    };

    pub const Entry = extern struct {
        address: u32 = 0,      // MMIO адрес устройства
        len: u32 = 0,          // Размер адресного пространства
        ty: DeviceType = .none,
    };
};

Для поиска устройства по типу:

inline fn findDevice(comptime T: type, comptime pci_type: sdk.Pci.DeviceType) ?T {
    for (&sdk.pci.status().entries, 0..) |entry, slot| {
        if (entry.ty == pci_type) {
            return .{ .entry = entry, .slot = @intCast(slot) };
        }
    }
    return null;
}

Text-to-Speech (TTS)

pub const Tts = extern struct {
    pub const BUFFER_SIZE: usize = 128;
    
    // Проверка готовности
    pub inline fn isReady(this: *volatile Tts) bool;
    
    // Произнести текст (предварительно записанный через DMA)
    pub inline fn say(this: *volatile Tts) void;
    
    // Подтвердить обработку события
    pub inline fn ack(this: *volatile Tts) void;
};

Serial Terminal

pub const SerialTerminal = extern struct {
    pub const INPUT_BUFFER_SIZE: usize = 1024;
    pub const OUTPUT_BUFFER_SIZE: usize = 1024;

    // Количество байт во входном буфере
    pub inline fn len(this: *volatile SerialTerminal) u16;
    
    // Отправить выходной буфер
    pub inline fn flush(this: *volatile SerialTerminal) void;
    
    // Включить прерывание при получении данных
    // this.interrupts().on_new_data = true;
};

Signaler

pub const Signaler = extern struct {
    // Установить частоту и код
    pub inline fn set(this: *volatile Signaler, frequency: u16, code: u8) void;
    
    // Отправить сигнал
    pub inline fn send(this: *volatile Signaler) void;
    
    // Проверка готовности (есть cooldown между отправками и установкой частоты с кодом)
    pub inline fn ready(this: *volatile Signaler) bool;
    
    // Включить прерывания
    // this.interrupts().on_pulse = true;  // При получении сигнала
    // this.interrupts().on_ready = true;  // Когда готов к отправке
};

DMA

DMA позволяет эффективно передавать данные между RAM и устройствами:

// Чтение из устройства в RAM
sdk.dma.read(channel, device_address, destination_slice);

// Запись из RAM в устройство
sdk.dma.write(channel, device_address, source_slice);

// Заполнение паттерном
sdk.dma.fill(channel, device_address, pattern_slice, total_length);

// Заполнение одним байтом (memset)
sdk.dma.memset(channel, device_address, byte_value, length);

CLINT (таймер)

// Прочитать текущее время в тиках
const ticks = sdk.clint.readMtime();

// Прочитать текущее время в наносекундах
const ns = sdk.clint.readMtimeNs();

// Установить прерывание через N тиков
sdk.clint.interruptAfter(ticks);

// Установить прерывание через N наносекунд
sdk.clint.interruptAfterNs(nanoseconds);

// Ожидание прерывания (энергосбережение)
sdk.arch.wfi();

PRNG

Аппаратный генератор случайных чисел:

// Получить один случайный байт
const byte = sdk.prng.status().value;

// Использовать как std.Random интерфейс
const random = sdk.prng.interface();
const value = random.int(u32);

Пример: Sub-GHz передатчик

Разберём пример прошивки, реализующей интерактивный терминал для управления Signaler-модулем.

Структура программы

1. Обёртки для PCI-устройств

const SerialTerminal = struct {
    entry: sdk.Pci.Entry,
    slot: u8 = 0,

    pub inline fn mmio(this: SerialTerminal) *volatile sdk.SerialTerminal {
        return @ptrFromInt(this.entry.address);
    }
};

const Signaler = struct {
    entry: sdk.Pci.Entry,
    slot: u8 = 0,

    pub inline fn mmio(this: Signaler) *volatile sdk.Signaler {
        return @ptrFromInt(this.entry.address);
    }
};

Каждое устройство хранит свой PCI Entry и номер слота. Метод mmio() возвращает указатель на memory-mapped регистры устройства.

2. Инициализация

pub fn main() void {
    // Поиск необходимых устройств
    const terminal = findDevice(SerialTerminal, .serial_terminal) orelse return;
    const signaler = findDevice(Signaler, .signaler) orelse return;

    var shell = Shell.init(terminal, signaler);
    shell.run();
}

Если устройства не найдены — программа завершается.

3. Главный цикл

pub fn run(this: *Shell) void {
    // Включаем внешние прерывания
    sdk.arch.Mie.setMeie();
    
    // Подписываемся на события
    this.terminal.mmio().interrupts().on_new_data = true;
    this.signaler.mmio().interrupts().on_pulse = true;

    this.printBanner();

    while (true) {
        // Проверяем события терминала
        if (this.terminal.mmio().lastEvent()) |event| {
            this.terminal.mmio().ack();
            if (event.ty == .new_data) {
                this.handleInput();
            }
        }

        // Проверяем события сигналера
        if (this.signaler.mmio().lastEvent()) |event| {
            this.signaler.mmio().ack();
            if (event.ty == .pulse) {
                // Получен входящий сигнал!
                this.print("\n");
                this.printBox("SIGNAL RECEIVED", C.bgreen);
                this.printPrompt();
                this.flush();
            }
        }

        // Ждём следующего прерывания (экономия энергии)
        sdk.arch.wfi();
    }
}

Вызов wfi() (Wait For Interrupt) переводит CPU в режим ожидания, значительно снижая энергопотребление.

4. Обработка ввода

fn handleInput(this: *Shell) void {
    const bytes = this.terminal.mmio().len();
    var input_buffer: [sdk.SerialTerminal.INPUT_BUFFER_SIZE]u8 = undefined;
    
    // Читаем данные через DMA
    sdk.dma.read(this.terminal.slot, 0, input_buffer[0..bytes]);

    var input = input_buffer[0..bytes];
    
    // Убираем trailing newlines
    while (input.len > 0 and (input[input.len - 1] == '\n' or input[input.len - 1] == '\r')) {
        input = input[0 .. input.len - 1];
    }

    this.executeCommand(input);
}

5. Отправка сигнала

fn cmdSend(this: *Shell) void {
    if (this.cur_freq == 0) {
        this.print("No frequency configured\n");
        return;
    }

    // Проверяем cooldown
    if (!this.signaler.mmio().ready()) {
        this.print("Cooldown, wait...\n");
        return;
    }

    // Устанавливаем параметры и отправляем
    this.signaler.mmio().set(this.cur_freq, this.cur_code);
    this.signaler.mmio().send();
    this.send_count += 1;
}

6. Entry Point

comptime {
    _ = sdk.utils.EntryPoint(.{
        .stack_size = std.math.pow(u32, 2, 14), // 16 KB стека
    });
}

Макрос EntryPoint генерирует стартовый код, настраивает стек и вызывает main().

ANSI-цвета в терминале

Serial Terminal поддерживает ANSI escape-последовательности:

const C = struct {
    const reset = "\x1b[0m";
    const bold = "\x1b[1m";
    const dim = "\x1b[2m";
    
    const orange = "\x1b[38;5;208m";
    const green = "\x1b[32m";
    const red = "\x1b[31m";
    // ...
};

Компиляция

Установите Zig (версия 0.15.2)
Клонируйте SDK: git clone https://github.com/igorsaux/mcu-sdk
Соберите пример: zig build
Загрузите zig-out/bin/firmware.elf через JTAG-программатор

Отладка

Используйте Serial Terminal для вывода отладочной информации
Проверяйте Sensors для мониторинга температуры и потребления
Используйте sdk.boot_info для получения информации о системе

Ограничения

Максимальный размер ELF-файла ограничен конфигурацией сервера
Доступ к памяти вне разрешённых регионов вызывает trap
Некоторые syscall'ы имеют cooldown (TTS, Signaler)
RAM не сохраняется между перезагрузками

Начинающим • Интересное • Профессии • Руководства
Ролевая игра Руководство по отыгрышу роли • Руководство по отыгрышу роли для продвинутых • Руководство по заполнению окна Relations и созданию связей • Психология убийства • Психологические заболевания • Знания персонажа
Режимы игры Агент Синдиката • Оперативник Синдиката • Снаряжение Синдиката • Революция • Культ • Вампир • Волшебник • Генокрад • Космический Ниндзя
Инженерное дело Руководство инженера • Руководство атмосферного техника • Искусство взлома • Конструирование • Технологии связи • Продвинутое конструирование
Медицинские руководства Медицина • Хирургия • Вирусология • Химия • Медицинский справочник • Радиация
Научно-исследовательские проекты Исследования • Работа с газами • Ксенобиология • Ксеноархеология • Робототехника • Ксеноботаника • Интегрированные схемы
Служба безопасности Руководство службы безопасности • Свод космических законов • Оружие
Прочее Как грамотно писать • Правильная работа с документами • Официальные бланки документов НТ • Как готовить еду Оникса • Руководство по напиткам
Руководства для желающих помочь Учимся программировать в BYOND • Рисуем спрайты