Teknik Render Teks JIT Baru untuk Mikrokontroler RP2350

Pengembang perangkat lunak Raph Levien memperkenalkan teknik baru berbasis kompilasi just-in-time (JIT) untuk merender teks bitmap berkinerja tinggi pada mikrokontroler seperti RP2350. Metode ini dikembangkan sebagai bagian dari proyek vic-2350, yaitu sebuah reka ulang komputer rumah era 1980-an yang dijalankan di atas papan mikrokontroler RP2350.

Efisiensi Memori dan Teknik Racing the Beam

Dalam tulisannya di laman linebender.org, Levien menjelaskan bahwa render teks pada RP2350 memiliki tantangan besar karena keterbatasan ruang SRAM sebesar 520 kilobita. Alih-alih menggunakan framebuffer penuh yang menguras kapasitas RAM, Levien memilih teknik racing the beam yang mengisi penyangga video pada setiap garis pemindaian layar secara langsung.

Pendekatan ini memberikan anggaran performa yang sangat ketat, yaitu sekitar enam siklus per piksel. Karena bahasa pemrogramam Rust belum mampu memenuhi kebutuhan kecepatan tersebut, Levien merancang bahasa pemrograman assembly khusus bernama Symbolasm. Kode instruksi ARM yang dihasilkan Symbolasm kemudian dikombinasikan dengan compiler JIT untuk menghasilkan kode yang teroptimasi secara dinamis saat string teks dirender.

Alur Kerja Render dan Optimasi Font

Sistem render pada vic-2350 menggunakan antarmuka display list berbasis penyangga ganda (double-buffered). Metode start pada objek teks mengalokasikan ruang sementara untuk kode JIT dan penyangga perantara 1 bit per piksel. Selanjutnya, metode render mengeksekusi kode JIT untuk mengisi penyangga 1 bit tersebut sebelum dikonversi ke warna RGB 16 bit (format 565) dengan kecepatan 1,75 siklus per piksel.

Untuk menghemat memori SRAM yang berharga, font disimpan dalam format citra terkompresi tanpa ada karakter yang melintasi batas 32 piksel. Levien juga menerapkan algoritma optimasi yang mendeteksi tumpang-tindih piksel antar-karakter, sehingga ukuran bitmap font berhasil dipangkas dari 1.140 byte menjadi 960 byte. Seluruh metadata per karakter dikemas rapat ke dalam integer 32 bit.

Kerning Dot Product dan Kinerja Sistem

Selain kecepatan render, proyek ini menerapkan teknik dot product kerning menggunakan vektor bit untuk mengatur jarak antar-huruf secara presisi. Evaluasi kerning dilakukan saat penyusunan display list dengan mengalikan vektor bit karakter secara cepat, lalu menyisipkan karakter ruang negatif khusus ke dalam string jika nilai kerning bernilai non-nol.

Dalam pengujian demo vic-2350, kompilator JIT memerlukan sekitar 21.000 siklus dan eksekusi kodenya membutuhkan 42.000 siklus. Total beban pemrosesan ini hanya menggunakan sekitar 2,6 persen dari kapasitas satu inti prosesor RP2350, dengan waktu penyelesaian JIT di bawah 100 mikrodetik sebelum pemindaian garis video dimulai.

Levien mengungkapkan bahwa pengembangan draf awal JIT berbasis Rust ditranslasikan ke bahasa Symbolasm dengan bantuan model AI Claude. Meski dirancang khusus untuk metode racing the beam, teknik render teks JIT ini juga dapat diterapkan pada sistem framebuffer 1 bit per piksel untuk meningkatkan efisiensi render teks pada perangkat berdaya rendah.