Jiayun's Blog

📌 好文共赏 | Editor’s Pick

原文：Additive Blending on the Nintendo 64 · phoboslab.org 作者：Dominic Szablewski（QOI / QOA 图像音频格式作者、Impact.js 游戏引擎作者、wipEout 重写者） 发布：2026-05-04 | 阅读时长：约 12 分钟 多模评分：Opus 8.7 / Sonnet 8.5 / Gemini 8.6（综合 8.6 / 10）

一句话推荐：你第一次玩《星际火狐 64》时就隐隐觉得"爆炸怎么像贴上去的纸片"——三十年后，phoboslab 用三段代码、一块 32-bit 中间画布和 RSP 微码，把这个直觉变成了一个可量化、可修复的硬件 bug。

0. 为什么我们要把这篇文章列进"好文共赏"

打开 YouTube 随手搜 PSX vs N64 explosions，你会得到几十个对比视频：1998 年的 Silent Bomber 在 PlayStation 上喷出一团真正像光的爆炸；1997 年的 Star Fox 64 在更贵、更晚、号称更先进的 Nintendo 64 上，喷出一片像剪纸贴上去的"亮色块"。

二十多年来，这事被无数玩家讨论过、无数模拟器开发者抱怨过，但从来没有一篇博客把这个"美术差异"一路拆到 RDP 寄存器、再一路拆到一个可以在真机上跑出来的修复方案。Dominic Szablewski 这篇 2026 年 5 月发的 Additive Blending on the Nintendo 64，做了那件事。

它的篇幅不长——大约 2,000 字、四段 C 代码、两段 RDP 寄存器配置——但它把一个看似艺术风格的差异，逐层归约到了一个具体的、可命名的硬件缺陷：N64 的 RDP blender 在做颜色加法时不 clamp，会让 R / G / B 通道独立 wrap-around，把"过亮"渲染成"突然变暗"。然后给出一套在 2026 年现代 N64 工具链（libdragon + RSPL + RSP 微码）下可以编译进真卡的 workaround。

这篇文章在"好文共赏"里之所以重要，不在于它讲了一段冷僻的硬件史，而在于它示范了一种思考方式：当你接受了"风格就是这样"的解释二十年之后，依然有人愿意坐下来、把寄存器逐位读完、把 RSP 微码写一遍——然后把"风格"重新拆回工程。

原文：“The reason is additive blending! Or rather, in the N64 case, the lack thereof. While the N64 actually did support additive blending, it was practically unusable.”

这一句几乎是整篇文章的论点摘要：N64 不是没有加色混合，而是把它做成了一个工程上无法使用的版本。这种"近在咫尺却差最后一步"的硬件遗憾，几乎是九十年代家用机黄金时代的母题。

（这点与我之前推过的《把 Atari 音乐塞进 Amiga 的协处理器：Leonard 用 PAULA 的一处反转，在 0% CPU 下让 1985 年的两块芯片对唱》 是同一类故事——都是"老硬件里那个差一步就完美的设计，被三十年后的人补完"。）

1. 先说结论：一张表读懂 PSX 与 N64 的差异

注意右下角那个"突然变黑"——这就是问题的核心。在 PSX 上，溢出意味着"更亮"；在 N64 上，溢出意味着 (R + G + B) mod 256，蓝色通道从 396 wrap 回 140，颜色直接跳到对立面，整团爆炸看上去像被人按了一下反色键。

2. PSX 的便宜：硬件免费送的饱和算术

PSX 的 GPU 支持四种混合模式：

1
2
3
4

0: (src + dst) / 2          // 半透明
1: src + dst                // 加色（爆炸/光/魔法）
2: dst - src                // 减色（阴影）
3: dst + src / 4            // 微弱加色

每一种都附赠一件事：对结果做饱和钳位（saturation clamp）。也就是说，当你把一个像素的蓝色值从 170 加到 396 时，硬件会替你直接写回 255，而不是让它绕到 140。

这件事的工程价值大到几乎反直觉。在所有"音频混合 / 颜色混合 / 信号叠加"的场景里，你都希望"溢出 = 失真但语义可读"——一束太亮的光看起来是白的，一段太响的鼓声听起来是削顶的——而绝不希望"溢出 = 黑色 / 反相 / 突然安静"。前者只是丑，后者是 bug。

原文：“Drawing a sprite over a scene can only ever make it brighter, never darker. Perfect for explosions, plasma beams and magic spells.”

这恰好是为什么 PSX 时代的爆炸特效会"看起来像光"——硬件免费送了单调性：叠加只会让画面更亮，永远不会让它变暗。单调性是一种廉价但极强的视觉直觉，它让一束过曝的火焰自动落在"亮"的语义类里，而不是落到"莫名其妙的黑斑"里。

HN 评论区里 gblargg 一句话点透了这件事的普适性：

原文（HN 评论）：“It’s the same issue you encounter with audio mixing. You have to clamp out-of-range values, even though they don’t occur a lot. If you don’t you get awful artifacts, and have to lower everything so that it can never overflow your range.”

整个 90 年代的低端图形 / 音频硬件设计史，几乎都可以用一句话总结：送 clamp 的赢，不送的输。Sega Saturn 的四边形渲染、N64 的不 clamp blender、早期 S3 ViRGE 的缺乏 additive，全都掉在同一个坑里。

3. N64 的"近在咫尺却差最后一步"

N64 的 RDP（Reality Display Processor）从设计上其实比 PSX GPU 灵活得多。它有一个叫 Color Combiner 的可编程小单元，结构类似 OpenGL 的 glBlendFunc()，可以让你写出 (P * A) + (Q * B) 形式的任意线性组合。在 libdragon 的宏里看起来就是：

1
2

RDPQ_BLENDER(( IN_RGB, IN_ALPHA, MEMORY_RGB, ONE ))
// 含义：output = in_rgb * in_alpha + memory_rgb * 1

理论上这比 PSX 的四档固定模式要好得多——你能调出 alpha 加权、可调亮度的加色、各种花式混合。但实际不能用。原因只有一行：

原文：“The problem is, the RDP doesn’t clamp the result.”

也就是说，当蓝色通道算到 396 时，RDP 不会替你 clamp 到 255，而是会让你拿到 396 mod 256 = 140。一个本该过曝的爆炸，瞬间被映射成一团暗色噪点。

Color Combiner 越灵活，反而越容易踩到这个坑：任何一段需要"叠加多个明亮 sprite"的场景——爆炸、激光、魔法、火焰、雪花、屏幕泛光——都会被这条 wrap-around 规则当场报废。

这正是九十年代游戏机最经典的硬件遗憾：N64 用一颗更现代的 RDP 替换了 PSX 的固定功能管线，但忘了把"饱和算术"这一颗最廉价的晶体管一起送上。

（顺便：HN 用户 rasz 指出，同时代的 S3 ViRGE、Matrox Mystique、NEC PowerVR PCX1/2 也都不支持 additive blending。N64 不是唯一一个掉坑的——但它是最痛的那个，因为它本来可以做到。）

4. phoboslab 的解法：把 saturation 从"硬件功能"变成"管线 trick"

文章后半段的 hack 优雅到值得每个写图形管线的人收藏。它不依赖任何硬件改动，只靠重新解读现有的 RDP 寄存器和 RSP 微码。三步：

Step 1: 把所有颜色降到 1/8 强度，再渲染到 32-bit 临时画布

直觉是这样的：既然 RDP 不 clamp，那就给它一块永远不会溢出的画布——把帧缓冲从 16-bit (RGBA 5551) 升到 32-bit (RGBA 8888)，每个通道留 8 位空间，等于把"溢出预算"提高了 8 倍。

但还不够。再叠几个爆炸，8-bit 通道也会满。怎么办？在渲染时就把每个 sprite 的颜色乘 1/8：

1
2
3

// 借用 fog alpha 寄存器，把它当作"全局亮度缩放因子"
rdpq_set_fog_color(RGBA32(0, 0, 0, 256/8));
rdpq_mode_blender(RDPQ_BLENDER((IN_RGB, FOG_ALPHA, MEMORY_RGB, ONE)));

这一行是整篇文章最秀的地方。FOG_ALPHA 在 RDP 设计里本来是给"远处雾化"用的；phoboslab 直接把它当成"每个 sprite 全局乘 1/8 的硬连线乘法器"。RDP 的可编程性不是用来做什么新功能，而是用来把硬件免费的乘法器借去做别的事——这是 demoscene 思维方式的精髓。

Step 2: 用 RSP 微码把 32-bit 画布塞回 16-bit 显示帧

32-bit 画布只是临时草稿，最终输出还得回到 16-bit 才能上显示器。这一步需要做两件事：

1. Clamp：每个 8-bit 通道如果超过 31（5-bit 范围上限）就压成 31；
2. Pack：5+5+5+1 重新打包成 16-bit。

用 CPU 跑这件事的代价是 70 ms / 帧——意味着帧率被打到 14 FPS 以下，整张游戏卡报废。

但 N64 上还有一颗叫 RSP（Reality Signal Processor）的 128-bit 向量协处理器，原本是给顶点变换用的。phoboslab 在 N64Brew 社区的 HailToDodongo 帮助下，用一种叫 RSPL 的 C-like 微码语言写了一段 8 路并行 SIMD shuffle，把这件事压到 3.1 ms / 帧——23 倍的加速，刚好留出 30 fps 预算给真正的游戏逻辑。

原文：“The RSP’s 128bit vector instructions can process 8 pixels at a time. With some help from HailToDodongo on the #N64Brew discord optimizing the GPU microcode, this now runs in about 3.1ms for the whole frame!”

Step 3: 接受 N64 的真正代价——带宽

这套方案在算法上是优雅的，但工程代价不为零：RDP 写 32-bit 画布的带宽是写 16-bit 的两倍。而 N64 最臭名昭著的瓶颈恰好就是 RDRAM 带宽——这也是为什么 90% 的 N64 游戏选择 16-bit 输出。

phoboslab 也给出了下一步优化思路：只对需要加色混合的 sprite 走 32-bit 路径，其余正常 16-bit，最后 RSP 在合成阶段做按需 alpha 合成。这种"按 sprite 选择 framebuffer 精度"的混合管线思路，本质上是把现代 GPU 的 multiple render target + tone mapping 倒推回 N64。

5. 一个被忽视的副产品：N64 终于可以做 HDR

如果你慢慢咀嚼 phoboslab 的这套 hack，会发现它给 N64 顺手送来了一件 1996 年不存在的东西：伪 HDR 渲染管线。

• 32-bit 中间画布提供了线性高动态范围——每个通道 0..2040（255 × 8）；
• 1/8 缩放 + 后续 clamp 等价于一次 tone mapping；
• RSP 微码可以做更复杂的 tone curve、bloom、曝光控制。

HN 评论区里的 amlib 链接了一个叫 Tiny3D 的 N64 homebrew，里面已经在用类似思路实现 HDR + Bloom + Post-Processing。也就是说，phoboslab 这篇文章其实是一份"N64 现代渲染管线"的入门解释，藏在一个"修复 1996 年硬件 bug"的标题之下。

这种"用现代工具给老硬件补一种它本来就该有的能力"的活，在 demoscene 圈一直是显学；但用一篇 2,000 字、配齐 C 代码和 RDP 寄存器配置的博客把它写清楚，难度比想象中高得多。

6. 工具链的进步：2026 年写 N64 比 1996 年容易

文章里有一段话很容易被略过，但它其实是整篇文章的"时代背景"：

原文：“Modern tooling for N64 development is phenomenal. While it helps to have some understanding of assembly, you don’t have to write MIPS assembly by hand anymore.”

2026 年的 N64 开发栈大致是这样的：

• libdragon — 开源的现代 N64 SDK，提供 C API（替代 Nintendo 闭源的 libultra）；
• RDPQ — libdragon 的 RDP 命令队列抽象，把 Color Combiner / Blender 用宏暴露出来；
• RSPL — HailToDodongo 写的 C-like 微码语言，编译到 RSP 的 MIPS+vector ISA；
• N64Brew Discord — 一个由全球几十位逆向工程师组成的社区，常年研究 N64 内部细节。

这套工具链让"写 N64 卡带"这件事，从需要任天堂 NDA + 工作站的特权活动，变成了一个周末就能上手的爱好。phoboslab 这种"业余写一篇博客 + Github 发个 demo"的工作流，三十年前是完全不可能的。

（这点与我此前推的《1 美元、8 kB RAM、一根 USB 串口线：Maurycy 把整个 TCP/IP 栈塞进 AVR64DD32》是同一类时代信号——现代开源工具链正在把"老硬件玩出新花样"的门槛降到周末项目级别。）

文章中的 trivia 段落还藏了一个 copypasta 玩笑：

原文：“What is commonly referred to as ‘GPU microcode’ in the context of the N64 is in fact, MIPS/assembly that runs on the RSP, or as I’ve recently taken to calling it, MIPS plus assembly.”

这是 Stallman GNU/Linux 名梗的硬件版翻拍——既是技术澄清（RSP 不是真正的 GPU，是带 SIMD 的 MIPS 协处理器），也是网络文化致敬。

7. 一个更深的观察：可编程性 vs 默认正确性

我读完这篇文章后最想拿出来谈的，是一个架构设计原则：

“可编程"不能弥补"默认错误”。

PSX GPU 的混合模式只有四种，但每一种都附赠饱和钳位——它的可编程性差，默认正确性满分。 N64 RDP 的 Color Combiner 可以表达任意线性组合，但默认行为是 wrap-around——它的可编程性强，默认正确性零分。

结果是什么？PSX 上几乎所有游戏都用对了 additive；N64 上几乎所有游戏都绕开了 additive。整整一代游戏开发者用脚投了票：在工程压力下，“可配置但容易出错"几乎一定输给"不可配置但永远对”。

这件事在今天的软件世界里有非常多对应物：

• C 的整数溢出 UB / Rust 的 wrapping_add vs saturating_add 显式选择；
• HTTP/2 的可协商性（HPACK、流控制）vs HTTP/1.1 的固定语义；
• Kubernetes 的"几乎万能但默认坑"vs Heroku 的"不能折腾但默认对"；
• 大模型推理框架的"上百个旋钮"vs 闭源 API 的"一个 endpoint"。

每一对里，PSX 的影子都在重复出现。默认行为是硬件设计师送给所有用户的免费保险；把保险拆掉换可编程性，往往是一笔亏本生意——除非你的目标用户有能力（且有时间）补回那份保险。

phoboslab 这篇文章的隐藏价值，就是把这条原则用一段三十年前的硬件做了最直观的演示：你看，N64 当年那条没省下的钳位电路，最后是怎么靠 2026 年的 RSP 微码替它补完的。

（这点与我之前推过的《资深开发者为何"说不清"自己的价值：Speed 与 Scale 的两个循环》 也呼应——优秀工程师的一大部分价值，正是"知道默认行为该是什么"。）

8. 编辑延伸思考：为什么这种"老硬件考古"在 2026 年突然集中爆发？

最近 14 天我们陆续推过：

• Maurycy 把 TCP/IP 塞进 AVR64DD32（8-bit MCU 上跑完整 HTTP 服务器）
• Leonard 用 PAULA 让 Atari 和 Amiga 在 0% CPU 下对唱（Amiga 协处理器逆向）
• Scott Robinson 的 HCF 考古（1977 年 BYTE 杂志一路追到 x86 模糊测试）
• Dmitry Grinberg 用 41,000 字给 Pixter 做完全保存（Fisher-Price 童年掌机硬件考古）
• Xbox 360 黑客 Ryan Miceli 拆解 4 家 HDD/SSD 固件（硬盘控制器逆向）

——再加上今天这篇 phoboslab N64。短短两周里 HN 头条已经积累了六篇"硬件考古 / 老芯片新玩法"的深度长文。这不是偶然。我看到的至少有三个交错的原因：

1. AI 写代码的速度倒逼"领域知识"重新升值。 当 LLM 可以一秒钟生成一千行 React，那些 LLM 训练集里几乎没有的领域——N64 RDP 寄存器、Amiga PAULA、Pixter 屏幕扫描时序——反而成了人类工程师残留的稀缺资产。这些主题在 2023 年看着像怀旧，到 2026 年开始像"反卷护城河"。

2. 现代开源工具链终于追上了老硬件。 libdragon、RSPL、Ghidra、Binary Ninja、便宜的逻辑分析仪、Lattice 开源 FPGA 工具链——把"研究老硬件"的入场费从大学实验室降到了周末项目。

3. 一代人开始拥有时间和钱。 90 年代玩 PSX / N64 的小孩现在四十多岁，是工程师里购买力最强的一批，且开始有"用一个周末解决童年遗憾"的奢侈。phoboslab 自己就是这条人口曲线上典型的一点。

把这三件事叠在一起，“硬件考古"在 2026 年呈现集中爆发，是合理的。我会赌它在未来 12-24 个月里成为技术博客圈最稳定、最高质量的内容类目之一——比 AI 应用层博客的半衰期长得多。

9. 延伸阅读图谱

Dominic Szablewski 自己的其他代表作

1. The QOI File Format Specification (2021) — QOI 是一种 20-50× 比 PNG 快、300 行 C 代码的无损图片格式。这篇是规范定稿。
2. QOA: Time Domain Audio Compression at 3.2 bits per Sample (2023) — QOA 是 QOI 的音频版，400 行 C 写完一种快速有损压缩。
3. Rewriting wipEout (2023) — 把 1995 年 Psygnosis 的 PSX 经典 wipEout 几乎完整重写成现代 C / WebGL。
4. Porting my JavaScript Game Engine to C for No Reason (2024) — Impact.js 的 C 重写，high_impact 引擎诞生记。
5. A Nintendo 64 Rumble Pak so Bad that it’s Good (2026-03) — 同一系列上一篇，逆向一个不合规的 Rumble Pak，是这篇 additive blending 的姊妹篇。

同主题硬件考古 / 老机器新玩法

6. Libdragon — 现代开源 N64 SDK
7. RSPL — HailToDodongo 的 N64 RSP 微码 C-like 语言
8. Tiny3D — N64 Homebrew HDR & Bloom 演示
9. N64Brew Wiki — N64 硬件细节社区档案
10. Saturation Arithmetic — Wikipedia（理论背景，文章里那张表的数学基础）

反方 / 不同视角

11. HN 上 applfanboysbgon 的评论 — “Star Fox 64 的爆炸特效更符合游戏整体艺术风格，硬件限制反而是 N64 美学的一部分。"——这其实是个值得正眼看的观点：技术限制有时塑造了风格，而非只是限制了它。任天堂的 Wind Waker 美学就是另一个例子。
12. HN 上 rasz 的评论 — 提醒大家 90 年代其实绝大多数 3D 加速卡（S3 ViRGE, Matrox Mystique, NEC PowerVR PCX1/2）都没有 additive blending，3dfx Voodoo 才是异类。N64 不是孤例。

相关论文 / 长文

13. The Nintendo 64 Programming Manual (1996, 任天堂) — 官方文档，理解 RDP 的权威来源。
14. N64 GPU programming on Hackmd by HailToDodongo — 现代 N64 微码教程系列。
15. 《The Computer Graphics Manual》by David Salomon — 第 17 章详细讲了 alpha blending / saturation 的算法基础。

10. 谁应该读这篇文章

• 图形 / 游戏开发者：你会重新理解"为什么 90% 的渲染管线在出错时表现得像 PSX 而不是 N64”——saturation 是 modern GPU 的默认承诺，但它不是免费的。
• 硬件 / 嵌入式工程师：值得学习 phoboslab 怎么把 “fog alpha 寄存器” 当成 “全局亮度乘法器” 来用——在资源受限的硬件上，所有寄存器都是潜在的多用途资源。
• 写技术博客的人：这是一份很好的"用 2000 字讲清一件复杂事"的范文。开头钩子（爆炸为什么不一样）、归约（到一个具体硬件 bug）、解法（三步管线）、结果（量化加速比）、延伸（N64 HDR），结构典范。
• AI 时代担心被淘汰的资深工程师：注意他选择研究的领域里几乎没有 LLM 训练数据——RDP 寄存器配置、RSP 微码、libdragon API。这是 2026 年人类工程师的"反训练数据"价值锚点。

11. 配套资料导览

本文配套生成的资料文件：

• cover.svg — 文章封面，深色背景 + N64 / PSX 双爆炸示意 + 关键词
• mindmap.svg — 思维导图，从"为什么 PSX 爆炸更亮"展开到 RDP / RSP / HDR 五条主干
• concept-cards.md — 12 张关键概念卡片：饱和算术、Color Combiner、RDPQ_BLENDER、Fog Alpha hack、RSP 微码、libdragon、RSPL、QOI/QOA、wipEout 重写、N64Brew、PAULA 反转、可编程性 vs 默认正确性
• glossary.md — 35 条英中术语对照表（RDP / RSP / RDRAM / saturating add / wrap-around / Color Combiner / framebuffer / tone mapping 等）

结语

如果你只读最后一段：

PSX 的爆炸看起来像光，因为它的 GPU 在 1994 年免费送了你一个"溢出 = 更亮"的硬件承诺；N64 的爆炸看起来像贴片，因为它在 1996 年用更灵活的 Color Combiner 换掉了那个免费承诺，并把帐单留给了未来三十年的开发者去付。

2026 年的 phoboslab，用 32-bit 中间画布 + RSP 微码 + 借用的 fog alpha 寄存器，把这张帐单结清了。

原文：“Still, this technique worked out better than I expected. It’s certainly good enough for some applications.”

工程上，这是一段"good enough"的总结。 文化上，这是一封写给 1996 年那块卡带的迟到三十年的回信。

——这就是为什么它值得在 2026 年 5 月的"好文共赏"里占一篇。