shadps4-emu/shadPS4

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主な特徴

  • マルチプラットフォーム対応（Windows、Linux、macOS）
  • Vulkanベースのグラフィックスレンダリング
  • GCNからSPIR-Vへのシェーダー再コンパイル
  • PS4システムライブラリの幅広いHLE実装
  • コントローラーサポート（DualShock/Xbox）とキーボードマッピング
  • セーブデータ管理とトロフィーシステム
  • FFmpegベースのビデオデコーダー
  • QtベースのGUIとSDLのミニマルUI
  • 30以上の言語に対応したローカライゼーション

リポジトリ解析: shadps4-emu/shadPS4

基本情報

  • リポジトリ名: shadps4-emu/shadPS4
  • 主要言語: C++
  • スター数: 24,601
  • フォーク数: 1,585
  • 最終更新: 2025年1月（活発に開発中）
  • ライセンス: GNU General Public License v2.0
  • トピックス: PlayStation 4エミュレータ、ゲームエミュレーション、C++、Vulkan

概要

一言で言うと

shadPS4はWindows、Linux、macOSで動作するオープンソースのPlayStation 4エミュレータで、Bloodborneなどの人気タイトルが既に動作します。

詳細説明

shadPS4は、C++で書かれた初期段階のPlayStation 4エミュレータです。x86-64アーキテクチャを対象とし、PS4のシステムライブラリを高レベルエミュレーション（HLE）で実装しています。Vulkanを使用したグラフィックスレンダリングと、GCN（Graphics Core Next）シェーダーをSPIR-Vに変換する機能を備えています。まだ開発初期段階であるものの、既に多くのPS4タイトルが動作し、活発な開発が続いています。

主な特徴

  • マルチプラットフォーム対応（Windows、Linux、macOS）
  • Vulkanベースのグラフィックスレンダリング
  • GCNからSPIR-Vへのシェーダー再コンパイル
  • PS4システムライブラリの幅広いHLE実装
  • コントローラーサポート（DualShock/Xbox）とキーボードマッピング
  • セーブデータ管理とトロフィーシステム
  • FFmpegベースのビデオデコーダー
  • QtベースのGUIとSDLのミニマルUI
  • 30以上の言語に対応したローカライゼーション

使用方法

インストール

前提条件

システム要件:

  • CPU: 最低4コア/6スレッド、2.5GHz以上、x86-64-v3サポート
  • GPU: 1GB以上VRAM、Vulkan 1.3サポート
  • RAM: 8GB以上
  • OS: Windows 10+、Ubuntu 22.04+、macOS 15.4+

必要なファームウェアモジュール（sys_modulesフォルダに配置）:

  • libSceCesCs.sprx、libSceFont.sprx、libSceFontFt.sprx
  • libSceFreeTypeOt.sprx、libSceJson.sprx、libSceJson2.sprx
  • libSceLibcInternal.sprx、libSceNgs2.sprx、libSceRtc.sprx、libSceUlt.sprx

インストール手順

# Windows (Visual Studio 2022)
# 1. C++ Clang Compiler for WindowsとLLVMサポートをインストール
# 2. Qt 6.8.2+をインストール（GUI版の場合）
# 3. CMakeでビルド
cmake -S . -B build/ -DENABLE_QT_GUI=ON
cmake --build build --config Release

# Linux
# 依存パッケージインストール
sudo apt install clang-18 cmake qt6-base-dev qt6-tools-dev \
    libvulkan-dev libsdl3-dev libavcodec-dev

# ビルド
cmake -S . -B build/ -DENABLE_QT_GUI=ON \
    -DCMAKE_C_COMPILER=clang -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++
cmake --build ./build --parallel$(nproc)

# macOS
# Homebrewで依存パッケージインストール
brew install llvm@19 cmake qt@6 vulkan-loader molten-vk sdl3

# ビルド（x86_64アーキテクチャで）
cmake -S . -B build/ -DENABLE_QT_GUI=ON
cmake --build build --parallel$(sysctl -n hw.ncpu)

基本的な使い方

ゲームの起動（コマンドライン）

# 基本的な起動
./shadPS4.exe <path-to-eboot.bin>

# ゲームIDで起動（設定済みフォルダから検索）
./shadPS4.exe -g CUSA12345

# フルスクリーンで起動
./shadPS4.exe -f true game.bin

# パッチ適用
./shadPS4.exe -p patch.txt game.bin

実践的な使用例（ゲームのインストール構造）

# ゲームフォルダ構成
game_folder/
├── eboot.bin            # メイン実行ファイル
├── sce_sys/
│   ├── param.sfo       # ゲーム情報
│   ├── pic1.png        # ゲーム画像
│   └── trophy/         # トロフィーデータ
└── sce_module/
    └── *.prx           # 追加モジュール

# ゲームフォルダを設定に追加
./shadPS4.exe --add-game-folder /path/to/games

高度な使い方

# user/config.toml - 詳細設定

[General]
logType = "sync"                     # ログタイプ
logFilter = "Core:Warning,Lib.Pad:Info,Render.Vulkan:Warning"
isNeo = false                        # PS4 Proモード

[GPU]
screenWidth = 1920                   # 内部解像度
screenHeight = 1080
vblankDiv = 1                        # VBlank分割（FPS制御）
dumpShaders = false                  # シェーダーダンプ

[Vulkan]
validation = false                   # 検証レイヤー
rdocEnable = false                   # RenderDoc統合
gpuId = -1                          # GPU選択 (-1=自動)

[Input]
keyboard_0 = [
    ["A", "Left"],                   # 左スティック左
    ["D", "Right"],                  # 左スティック右
    ["W", "Up"],                     # 左スティック上
    ["S", "Down"],                   # 左スティック下
    ["C", "Triangle"],               # △ボタン
    ["B", "Circle"],                 # ○ボタン
    ["N", "Cross"],                  # ×ボタン
    ["V", "Square"],                 # □ボタン
    ["Q", "L1"],
    ["E", "R1"],
    ["U", "L2"],
    ["O", "R2"],
    ["X", "L3"],
    ["M", "R3"],
    ["Space", "TouchPad"],
    ["Return", "Options"]
]

# 特殊キー：
# F10: FPSカウンター
# F11: フルスクリーン切り替え
# F12: RenderDocキャプチャ

ドキュメント・リソース

公式ドキュメント

  • README.md: プロジェクト概要、現在の状態、基本的な使用方法
  • documents/building-windows.md: Windowsでの詳細なビルド手順
  • documents/building-linux.md: Linuxでのビルド手順と依存関係
  • documents/building-macos.md: macOS固有のビルド手順
  • documents/changelog.md: バージョン履歴と新機能
  • documents/patching-shader.md: シェーダーパッチングガイド

サンプル・デモ

チュートリアル・ガイド

  • コマンドライン引数の詳細
  • 設定ファイル（config.toml）の完全なリファレンス
  • トラブルシューティングガイド

技術的詳細

アーキテクチャ

全体構造

shadPS4はモジュラーアーキテクチャを採用し、PS4のハードウェアアーキテクチャをエミュレートします。CPUはx86-64命令をネイティブ実行し、GPUはVulkanを通じてAMD GCNアーキテクチャをエミュレートします。

ディレクトリ構成

shadPS4/
├── src/
│   ├── core/               # コアエミュレーション
│   │   ├── libraries/      # PS4システムライブラリHLE実装
│   │   │   ├── kernel/    # カーネルAPI
│   │   │   ├── gnmdriver/ # GPUドライバーAPI
│   │   │   ├── pad/       # コントローラー入力
│   │   │   └── videodec/  # ビデオデコーダー
│   │   ├── aerolib/        # 動的リンキング・モジュールローダー
│   │   ├── devices/        # デバイスエミュレーション
│   │   └── file_format/   # PS4ファイル形式（PKG、PFS等）
│   ├── video_core/         # GPUエミュレーション
│   │   ├── amdgpu/         # Liverpool GPU実装
│   │   ├── renderer_vulkan/# Vulkanレンダラー
│   │   └── texture_cache/ # テクスチャキャッシュ
│   ├── shader_recompiler/  # GCN→SPIR-Vシェーダー変換
│   ├── common/             # 共通ユーティリティ
│   ├── qt_gui/             # QtベースGUI
│   └── emulator.cpp        # メインエミュレータクラス
├── externals/              # サードパーティライブラリ
├── documents/              # ドキュメント
└── scripts/                # ビルド・ユーティリティスクリプト

主要コンポーネント

  • Emulator: メインエミュレータコア

    • 場所: src/emulator.cpp
    • 役割: エミュレーションの初期化、ゲームロード、実行制御
    • 主要メソッド: Init(), Load(), Run()

  • Aerolib: 動的リンカー

    • 場所: src/core/aerolib/
    • 役割: PS4実行ファイルとライブラリのロード、シンボル解決
    • 機能: ELFローダー、スタブ生成

  • GPU/Liverpool: GPUエミュレーション

    • 場所: src/video_core/amdgpu/
    • 役割: AMD Liverpool GPUのエミュレーション
    • 機能: コマンドバッファ処理、PM4パケット解析

  • Shader Recompiler: シェーダー変換器

    • 場所: src/shader_recompiler/
    • 役割: AMD GCNシェーダーをSPIR-Vに変換
    • 機能: シェーダー解析、中間表現、最適化

  • Kernel: カーネルAPI実装

    • 場所: src/core/libraries/kernel/
    • 役割: PS4 FreeBSDカーネルAPIのHLE実装
    • 機能: スレッド管理、メモリ管理、同期プリミティブ

技術スタック

コア技術

  • 言語: C++23（最新のC++標準を使用）

  • グラフィックスAPI: Vulkan 1.3

  • GUIフレームワーク: Qt 6.8.2+

  • 主要ライブラリ:

    • Vulkan SDK: グラフィックスレンダリング
    • SDL3: ウィンドウ管理、入力処理、オーディオ
    • FFmpeg: ビデオデコーディング
    • libcurl: ネットワーク機能
    • zlib-ng: 高速圧縮・展開
    • fmt: フォーマット文字列処理
    • MoltenVK: macOSでのVulkanサポート

開発・運用ツール

  • ビルドツール:

    • CMake 3.16+（クロスプラットフォームビルド）
    • Clang 18推奨（Linux）、MSVC/Clang（Windows）、Xcode 16（macOS）
    • CMakeプリセットによる設定管理

  • テスト: ユニットテスト、ゲーム互換性テスト

  • CI/CD: GitHub Actionsによる自動ビルド

  • デプロイ: GitHub Releasesでのバイナリ配布

設計パターン・手法

  • ハイレベルエミュレーション（HLE）: システムライブラリをネイティブ実装で置き換え
  • シングルトン: Config、Memory等のグローバルマネージャー
  • ファクトリー: シェーダープログラムの生成
  • オブザーバー: イベント通知システム
  • テンプレートメタプログラミング: 型安全なインターフェース

データフロー・処理フロー

  1. ゲーム起動フロー

    • eboot.binファイルの読み込み
    • ELFヘッダー解析とメモリマッピング
    • 依存ライブラリの動的ロード
    • エントリポイントの実行

  2. GPUコマンド処理

    • PM4コマンドバッファの受信
    • コマンドのパースと実行
    • GCNシェーダーのコンパイル
    • Vulkan API呼び出しへの変換

  3. シェーダー変換フロー

    • GCNバイトコードの解析
    • 中間表現（IR）への変換
    • 最適化パス
    • SPIR-Vコード生成

API・インターフェース

公開API

コマンドラインインターフェース

  • 目的: ゲームの起動と設定
  • 使用例:
# 基本的な使用法
./shadPS4 [OPTIONS] <game-path>

# オプション
-g, --game <path|ID>          # ゲームパスまたはID
-p, --patch <file>            # パッチファイル適用
-f, --fullscreen <true|false> # フルスクリーンモード
-i, --ignore-game-patch       # 自動パッチ無効化
--add-game-folder <folder>    # ゲームフォルダ追加
--set-addon-folder <folder>   # アドオンフォルダ設定
-- ...                        # ゲームへの引数

設定・カスタマイズ

設定ファイル

# user/config.toml

[General]
# ログ設定
logType = "sync"              # sync/async
logFilter = "Core:Warning"    # モジュール別ログレベル

[GPU]
screenWidth = 1920            # 内部解像度
screenHeight = 1080
vblankDiv = 1                 # FPS制御（1=60fps, 2=30fps）
dumpShaders = false           # シェーダーダンプ

[Vulkan]
validation = false            # 検証レイヤー
rdocEnable = false            # RenderDocサポート

[Features]
trophyNotification = true     # トロフィー通知
enableDiscordRPC = false      # Discord Rich Presence

[Paths]
saveDataPath = "user/game_data/" # セーブデータ保存先

拡張・カスタマイズ

  • シェーダーパッチ: user/patches/にゲーム固有のパッチを配置
  • カスタムコントローラー設定: config.tomlの[Input]セクション
  • デバッグ機能: RenderDoc統合、シェーダーダンプ
  • ログフィルター: モジュール別の詳細なログ制御

パフォーマンス・スケーラビリティ

パフォーマンス特性

  • ネイティブx86-64実行による高速動作
  • Vulkanを使用した効率的なGPUエミュレーション
  • 最適化手法:
    • シェーダーキャッシング
    • JITコンパイルによるシェーダー変換
    • マルチスレッド化
    • VBlank分割によるFPS制御

スケーラビリティ

  • CPU: x86-64-v3以上のプロセッサーで最適化
  • GPU: Vulkan 1.3対応のモダンGPUで良好なパフォーマンス
  • メモリ: ゲームによって異なるが、8GB以上推奨

制限事項

  • 現在はx86-64アーキテクチャのみサポート（ARM64未対応）
  • macOSではIntel MacのGPUに問題あり
  • ゲーム互換性は発展途上（完璧な動作保証はなし）
  • 一部のシステム機能が未実装

評価・所感

技術的評価

強み

  • 活発な開発と高速な進化
  • Vulkanを使用した現代的なグラフィックス実装
  • クリーンなコードベースとモジュラー設計
  • マルチプラットフォーム対応
  • 幅広いシステムライブラリのHLE実装
  • オープンソースでコミュニティが活発

改善の余地

  • まだ初期開発段階で互換性が限定的
  • ARM64アーキテクチャのサポートがない
  • 一部のシステム機能が未実装
  • パフォーマンス最適化の余地

向いている用途

  • PS4ゲームの保存やアーカイブ
  • ゲーム開発者によるテスト・デバッグ
  • 教育・研究目的でのシステム分析
  • ホームブリューゲームの開発・テスト

向いていない用途

  • 商用利用や海賊版ゲームの実行
  • パフォーマンスが重要な競技ゲーミング
  • ネットワーク機能を多用するゲーム
  • ARMベースのデバイスでの使用

総評

shadPS4は、PlayStation 4エミュレーションにおいて重要なマイルストーンを達成しています。まだ初期段階でありながら、Bloodborneのような人気タイトルが動作することは、プロジェクトの将来性を示しています。活発な開発チームとコミュニティにより、今後も互換性とパフォーマンスの向上が期待できます。オープンソースプロジェクトとして、ゲーム保存、教育、研究目的において重要な役割を果たしています。