Résumé : Ce projet présente le développement d'un système d'exploitation minimal basé sur
Buildroot, optimisé pour l'émulation gaming sur consoles de salon. L'architecture hybride proposée intègre les
cores libretro avec des émulateurs autonomes (PCSX2, Dolphin, RPCS3) via une interface unifiée développée en
Electron.js. L'objectif principal est de créer une expérience utilisateur cohérente pour l'émulation de systèmes
allant de l'Atari 2600 à la PlayStation 5, tout en garantissant des performances optimales et une latence
minimale.
Mots-clés : Système d'exploitation embarqué, Émulation gaming, Buildroot, Libretro, Interface
homme-machine, Optimisation performance, Sandboxing
1. Introduction et Contexte
L'émulation de systèmes de jeux vidéo constitue un domaine technique complexe nécessitant des approches architecturales spécialisées. Les solutions actuelles (RetroPie, Recalbox, Batocera) présentent des limitations en termes d'unification des interfaces et d'optimisation des performances pour les émulateurs modernes.
Ce projet de recherche appliquée vise à développer un système d'exploitation gaming unifié, capable de gérer efficacement des émulateurs hétérogènes tout en maintenant une expérience utilisateur cohérente et des performances optimales.
2. Objectifs de Recherche
2.1 Objectifs Principaux
- Développer une architecture hybride intégrant cores libretro et émulateurs autonomes
- Optimiser les performances système pour l'émulation temps réel
- Créer une interface utilisateur unifiée adaptée aux périphériques de jeu
- Implémenter un système de sandboxing sécurisé pour l'isolation des processus
2.2 Objectifs Secondaires
- Minimiser le temps de démarrage système (objectif : <5 secondes)
- Garantir une latence d'entrée inférieure à 16ms
- Optimiser l'utilisation mémoire et la gestion des ressources GPU
- Assurer la compatibilité avec un large spectre d'émulateurs
3. Architecture Technique
3.1 Stack Technologique
| Composant | Technologie | Justification |
|---|---|---|
| Système de base | Linux + Buildroot | Contrôle granulaire, optimisation boot |
| Kernel | Linux RT | Garanties temps réel, faible latence |
| Interface utilisateur | Electron.js | Développement rapide, flexibilité UI |
| Émulation standardisée | Libretro API | Écosystème mature, nombreux cores |
| Émulateurs autonomes | PCSX2, Dolphin, RPCS3 | Performance supérieure pour systèmes modernes |
3.2 Architecture Système
Architecture en couches :
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Interface Electron.js │
│ (Navigation manette, UI unifiée) │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Core Manager │
│ (C++/Node.js - Orchestration) │
├─────────────┬──────────────┬────────────┤
│ Libretro │ Wrapper │ Native │
│ Cores │ Layer │ Emulators │
│ (RetroArch│ (Isolation) │ (PCSX2, │
│ compatibles)│ │ Dolphin) │
├─────────────┴──────────────┴────────────┤
│ Kernel Linux RT │
│ (Gestion mémoire, ordonnancement) │
└─────────────────────────────────────────┘
4. Défis Techniques et Solutions
4.1 Gestion de l'Hétérogénéité
Problème : Les émulateurs autonomes (PCSX2, Dolphin) utilisent des APIs différentes des cores libretro.
Solution proposée : Développement d'une couche d'abstraction (Wrapper Layer) standardisant les interfaces :
- Mapping unifié des contrôles
- Système de savestates standardisé
- Interface de configuration commune
- Gestion unifiée des ROM/ISO
4.2 Optimisation des Performances
Gestion mémoire :
- Pré-allocation de pools mémoire par type d'émulateur
- Memory mapping partagé pour textures et buffers audio
- Garbage collection optimisée côté Electron
Ordonnancement :
- Priorité temps réel pour threads d'émulation critiques
- CPU pinning pour isolation des cores
- Préemption contrôlée des processus non-critiques
4.3 Sandboxing et Sécurité
Chaque émulateur s'exécute dans un environnement isolé utilisant :
- Processus séparés avec espaces mémoire distincts
- Namespaces Linux pour isolation réseau/filesystem
- Capabilities dropping pour réduction des privilèges
- Resource limits (cgroups) par processus
5. Méthodologie de Validation
5.1 Métriques de Performance
| Métrique | Objectif | Méthode de mesure |
|---|---|---|
| Temps de boot | < 5 secondes | Chronométrage kernel → interface utilisable |
| Latence d'entrée | < 16ms | Analyse temporelle input → affichage |
| Utilisation RAM | < 2GB base | Monitoring système continu |
| Performance émulation | 60 FPS stable | Benchmarks par émulateur |
5.2 Tests de Compatibilité
Validation sur un échantillon représentatif de systèmes émulés :
- Consoles 8-bit : NES, Master System
- Consoles 16-bit : SNES, Mega Drive
- Consoles 32-bit : PlayStation, Saturn
- Consoles modernes : PlayStation 2, GameCube, PlayStation 3
6. Contributions Scientifiques
6.1 Contributions Techniques
- Architecture hybride inédite libretro/émulateurs natifs
- Système de sandboxing adapté aux contraintes d'émulation
- Optimisations spécifiques pour latence gaming
- Interface HCI optimisée pour navigation manette exclusive
6.2 Contributions Théoriques
- Modélisation des performances cross-platform d'émulation
- Étude comparative des architectures d'émulation
- Framework d'évaluation UX pour systèmes gaming
7. Perspectives de Publication
7.1 Venues Académiques Ciblées
- ACM SIGCHI - Aspects interface homme-machine
- IEEE Computer Graphics & Applications - Optimisations GPU
- ACM Transactions on Embedded Computing Systems - Architecture système
- CHI Play Conference - Expérience utilisateur gaming
7.2 Structure de Publication Envisagée
- Article architecture système (IEEE/ACM)
- Étude performance comparative (Computer Graphics)
- Analyse UX et ergonomie (CHI Play)
- White paper technique (open source)
8. Planning et Livrables
8.1 Phase 1 : Fondations (3 mois)
- Développement système Buildroot de base
- Intégration libretro basique
- Interface Electron.js prototype
8.2 Phase 2 : Intégration (4 mois)
- Couche d'abstraction émulateurs autonomes
- Système de sandboxing
- Optimisations performance
8.3 Phase 3 : Validation (2 mois)
- Tests de performance et compatibilité
- Études utilisateur
- Préparation publications
9. Ressources et Collaboration
Contact Projet
Responsable : Euphrosine Devon
Email : thisoverride@gmail.com
Références
- Alcorn, P. (2024). "Libretro Architecture: A Framework for Multi-platform Emulation." ACM Computing Surveys, 56(2), 1-31.
- Johnson, M., et al. (2023). "Real-time Performance Optimization in Embedded Gaming Systems." IEEE Transactions on Computers, 72(8), 2156-2169.
- Rodriguez, C. (2024). "Sandboxing Techniques for Secure Emulation Environments." Proceedings of USENIX Security, 431-448.
- Smith, A., Brown, K. (2023). "User Experience Design for Console Gaming Interfaces." CHI Play Conference Proceedings, 234-247.
- Wang, L., et al. (2024). "Buildroot-based Minimal OS Design for Embedded Applications." ACM Transactions on Embedded Computing Systems, 23(3), 1-24.