Brus-16

Brus-16 is an educational 16-bit game console with an original, minimalistic architecture. Unlike fantasy consoles, Brus-16 was designed for FPGA implementation.

Online emulator.

demo_hd_60_low_new.mp4

Architecture

Brus-16 consists of:

• 16-bit stack-based CPU: Harvard architecture (8K words for code, 8K for data), two hardware stacks (values 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.
• Sound processor: Additive synthesizer with 16 sine wave oscillators.
• Input controller: Supports 16 buttons.

The ISA is described here.

Software Tools

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_emu.c, brus16_sfx.c): software model of the console using the SDL3 library.

Educational Projects

Brus-16 can be used for various educational projects. Examples:

• Develop a software emulator in another language (e.g., Rust, Go).
• Create an interactive debugger with stack and memory visualization.
• Write a full-featured assembler with macros and directives.
• Extend the existing compiler (for-loops, multiple return values).
• 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

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.

Архитектура

В состав Брус-16 входят:

• 16-битный стековый процессор: гарвардская архитектура (8К слов для кода, 8К слов для данных), два аппаратных стека (для значений 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.
• Звуковой процессор: Аддитивный синтезатор с 16 синусоидальными осцилляторами.
• Контроллер ввода: поддерживает 16 кнопок.

Система команд oписана здесь.

Программные инструменты

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_emu.c, brus16_sfx.c): Программная модель приставки с использованием библиотеки SDL3.

DSL для разработки игр

Краткое описание DSL находится здесь.

Учебные проекты

Брус-16 может быть основой учебных проектов различной сложности. Вот несколько примеров задач для студентов:

• Разработать программный эмулятор на другом языке (например, Rust или Go).
• Создать интерактивный отладчик с визуализацией стеков и памяти.
• Написать полноценный ассемблер с поддержкой макросов и директив.
• Доработать существующий компилятор (цикл for, несколько возвращаемых значений).
• 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.