Al igual que en la PS1 y la Saturn, los juegos de N64 se programan directamente sobre el hardware. No hay rutinas de BIOS disponibles para simplificar las operaciones de hardware, así que, en su lugar, los juegos incorporan un pequeño sistema operativo que ofrece un buen nivel de abstracción para gestionar eficientemente la CPU, la GPU y la E/S.
No es el sistema operativo de escritorio convencional que uno podría imaginar: es tan solo un microkernel con la menor huella posible, que proporciona la siguiente funcionalidad :
- Multithreading mediante paso de mensajes.
- Scheduling y preemption.
- Acceso simplificado a registros y E/S.
En definitiva, estas funciones son esenciales para coordinar de forma eficiente las tareas de audio, vídeo y lógica del juego, todas las cuales deben ejecutarse de forma concurrente.
El kernel se incluye automáticamente al usar las librerías de Nintendo. Además, si los programadores deciden prescindir de alguna parte de la librería, la porción correspondiente del kernel se elimina para no desperdiciar espacio en el cartucho.
Proceso de arranque
A diferencia de los sistemas anteriores basados en cartuchos, la Nintendo 64 sigue un sofisticado proceso de arranque para preparar todo el hardware antes de que se ejecute el juego. Este proceso comienza en cuanto el usuario enciende la consola y es muy similar al de sus contemporáneas basadas en CD que incluían una BIOS o una IPL.
Estas rutinas también se denominan Initial Program Loader (IPL) y funcionan así :
- El usuario enciende la consola.
- El PIF-NUS (un chip independiente en la placa base) mantiene la CPU principal en un bucle de reinicio infinito hasta validar el chip CIC del cartucho de juego.
- El PIF-NUS y el chip CIC se explican con más detalle en las secciones de E/S y antipiratería, respectivamente.
- Si el proceso de verificación concluye satisfactoriamente, la CPU inicia la ejecución en
0xBFC00000. Esta dirección apunta a una ROM interna del PIF-NUS, concretamente a la primera etapa de arranque, llamada IPL1. - IPL1 inicializa parte del hardware (registros de la CPU, la interfaz paralela y el RCP), copia la siguiente etapa (IPL2) de la ROM interna a la memoria del RSP para una ejecución más rápida y redirige la ejecución allí.
- IPL2 copia los primeros cuatro bytes de la ROM del juego a la memoria del RSP para ajustar los tiempos del bus de la ROM. A continuación, copia otros 4 KB de la cabecera de la ROM y envía un checksum al PIF-NUS, que lo verifica usando el chip CIC del cartucho. Si la verificación falla, el PIF-NUS interrumpe la CPU indefinidamente. En caso contrario, la CPU continúa la ejecución en esos 4 KB, que contienen la siguiente etapa de arranque, llamada IPL3.
- IPL3 inicializa la RDRAM, la caché de la CPU y el Expansion Pak (si está presente). Después, copia 1 MB de la ROM del juego a la RDRAM, calcula su checksum y lo compara con un valor precomputado almacenado en la cabecera de la ROM. Finalmente, la CPU salta al código del juego en la RDRAM.
Como IPL3 reside en el cartucho del juego, no todos los juegos incluyen el mismo código. Además, el checksum de IPL3 almacenado en el CIC está codificado de forma fija . Por eso, el chip CIC y las variantes de IPL3 del cartucho van emparejados y no pueden intercambiarse con otros modelos.