プレフィックスp2のエミュレーター、またはCHIP16について少し記述します。

前回の短い記事で、 70年代からの古いCHIP-8ゲームプラットフォームのエミュレーターを構築する原理について説明しました。 ここでは、相続人の一種であるCHIP16について説明します。 CHIP16とは正確には何ですか？

CHIP16-「架空の」ゲームコンソール。「鉄」には存在しませんでした。 その仕様全体は、 英語を話す1つのフォーラムから（愛好家によって）開発されました。 重要な点は、エミュレーターの記述を可能な限り単純化して、適切な文書とコミュニティーのサポートを得ることにあります。 したがって、プログラミングの初心者でも、ほぼすべてのプログラミング言語で完全に機能するエミュレーターをゼロから作成できます。 すぐにここでエミュレータコードの例を提供しないことを予約してください。目標は単にこのプラットフォームについて話すことです。 そして、もちろん、すべてが楽しみのためだけです！

背景

そして、仕様はバージョン1.1を取得し、主な欠陥が修正され、このプラットフォーム用のゲームやその他のプログラム（アセンブラー、デバッガー、イメージコンバーターなど）を作成するための主要なツールが作成されたため、2010年のどこかですべてが始まりました。 同じCHIP-8との主な違いは、より大きな画面解像度、より多くの色、より多くの演算およびその他の命令の存在、改善されたサウンドサポート、および文書化されていない機能の欠如です。

プレフィックスには、16ビットプロセッサ、メモリ、2つの入力デバイス（Dendyなどのジョイスティック）、サウンドおよびビデオサブシステムがあります。 この束全体をより詳細に検討してください。

CPU

プロセッサには以下が含まれます。

• 1つの16ビット命令カウンター（PC）
• 1つの16ビットスタックポインター（SP）
• 16個の16ビット汎用レジスタ（R0-RF）
• 1つの8ビットフラグレジスタ

各オペコード（プロセッサコマンド）の実行には正確に1サイクルかかり、プロセッサは1 Mhzの周波数で実行されます。 ここでは、実際に、周波数が最後まで明確になるまで予約を行い、それぞれが1 Mhzよりも高速でエミュレータでコマンドを実行します。 エミュレーション速度が最大になる場合があります。 一般的に、これについて気にすることはできませんが。

記憶

64Kb（65536バイト）のみ。 メモリは次のように割り当てられます。
0x0000-バイナリデータの開始
0xFDF0-スタックの先頭（512バイト）。
0xFFF0-I / Oポート（ジョイスティックの状態を追跡するためのI / O）。

映像

画面の解像度は320x240ピクセルです。 同時に表示される色の数は、標準パレットから16です。

パレットのインデックス	16。 価値	色
0x0	0x000000	背景レイヤーで透明な黒
0x1	0x000000	黒
0x2	0x888888	灰色
0x3	0xBF3932	赤
0x4	0xDE7AAE	ピンク
0x5	0x4C3D21	ダークブラウン
0x6	0x905F25	ブラウン
0x7	0xE49452	オレンジ色
0x8	0xEAD979	黄色
0x9	0x537A3B	緑色
0xA	0xABD54A	薄緑
0xB	0x252E38	紺
0xC	0x00467F	青
0xD	0x68ABCC	水色
0xE	0xBCDEE4	スカイブルー
0xF	0xFFFFFF	白

独自のカラーパレットを設定することができます。 画面のリフレッシュレートは60フレーム/秒で、各フレームはVblank内部フラグを設定します（約16ミリ秒ごと）。 プロセッサには、 VBLNK命令を使用してフレームレンダリングの完了を待つ機能があります。 画像はスプライトから形成され、ビデオメモリへの直接アクセスはありません。 スプライトが描画されるメインレイヤーに加えて、画面全体を16色のいずれかで塗りつぶす背景レイヤーがあります。

画面はミラーリングされていないため、物理座標に収まらないものはすべて画面の背後に残り、表示されません。 スプライトは負の座標（または320x200を超える）を持つことができます。 4x4ピクセルのスプライトを取得し、たとえば座標（-2、-2）に描画するコマンドを与えると、画面の左上隅に2x2ピクセルのスプライトの一部が表示されます。

したがって、パレットには16の可能な色があるため、画面上の1ポイントをエンコードするには4ビットが必要です。 1バイトは2ポイントのブロックです。 最小のスプライトは1バイトで構成されます-これは2x1スプライト（2ポイント）です。 標準パレットの白色はインデックス0xFhの色であり、黒色はインデックス0x1hの色であることを考慮して、8x5ピクセルのスプライトをエンコードする方法の例を見てみましょう

合計20バイト。 つまり（8 x 5）/ 2 = 20

新しいスプライトが画面上の既存のピクセルと重複する場合（色がゼロのピクセルを除く-透明）、キャリーフラグが設定されます。 したがって、ゲーム内の画面上の衝突やオブジェクトの衝突を追跡できます。
標準ではなく独自のカラーパレットを割り当てるために、特別なPALプロセッサコマンドがあります。 パレットの各色は、RGB形式の3バイトで構成されています。 16色のみが使用されるため、PALコマンドはメモリから48バイトの配列を読み取り、RGBコンポーネントをインデックス0x0、0x1、..、0xFの色に割り当てます。 プロセッサがVBLNKコマンドを受信すると 、パレットが変更されます。

音

初期バージョンでは、一定のミリ秒数の間、3つの固定トーン（500Hz、1000Hz、1500Hz）のみを再生する機能がありましたが、その後、 ADSRタイプのサウンドジェネレーターを使用する機能が追加されました

入力デバイス（ジョイスティック）

ジョイスティックからの情報へのアクセスは、メモリI / Oポートを介して行われます。 最初のジョイスティックは0xFFF0、2番目は0xFFF2です。
ビット[0]-アップ
ビット[1]-ダウン
ビット[2]-左
ビット[3]-右
ビット[4]-選択
ビット[5]-開始
ビット[6]-A
ビット[7]-B
ビット[8-15]-未使用、常にゼロ。

したがって、0xFFF0のメモリからレジスタに値を読み取り、対応する設定ビットをチェックすることにより、最初のジョイスティックでどのボタンが現在押されているかを追跡できます。

画像ファイル形式（ROMファイル）

ROMファイル（標準拡張子.c16）には、ヘッダーとヘッダーの直後のバイナリデータが含まれています。 ヘッダーからの情報を使用して、仕様のバージョンなどを判断できます。ヘッダーのサイズは16バイトの一定です。 そのフォーマット：

オフセット	予定
0x00	マジックナンバー「CH16」
0x04	予約済み
0x05	仕様バージョン（最初の4ビット=メジャーバージョン、2番目の4ビット=サブバージョン、つまり0.7 = 0x07および1.0 = 0x10）
0x06	ROMファイルサイズ（ヘッダーを含まず、バイト単位）
0x0A	開始アドレス（PCコマンドカウンター値）
0x0C	CRC32チェックサム（ヘッダーを含まず、多項式= 0x04c11db7）

すぐ後にバイナリデータが続きます。バイナリデータは常にアドレス0x0000から始まるメモリに読み込まれる必要があります。 コマンドカウンターは、ヘッダーの値に従って設定する必要があります。 通常、これは0x0000です。

ROMファイルは比較的最近仕様に導入されたため、ヘッダーがまったくない場合があります。

フラグレジスタ

ビット[0]	予約済み
ビット[1]	c-キャリーフラグ（符号なしオーバーフロー）
ビット[2]	z-ゼロフラグ
ビット[3]	予約済み
ビット[4]	予約済み
ビット[5]	予約済み
ビット[6]	o-オーバーフロー（符号付き数値のオーバーフロー）
ビット[7]	n-負（負符号フラグ）

条件付きジャンプコマンドの条件タイプ

条件は、条件付きジャンプ（ジャンプ）命令または条件付き呼び出しサブルーチン命令に使用されます。 たとえば、「jle label」または「cno some_label2」。 角括弧は、条件がトリガーされたときのフラグの状態を示します。

Z	0x0	[z == 1]	等しい（ゼロ）
Nz	0x1	[z == 0]	等しくない（非ゼロ）
N	0x2	[n == 1]	負
Nn	0x3	[n == 0]	非負（正またはゼロ）
P	0x4	[n == 0 && z == 0]	ポジティブ
O	0x5	[o == 1]	オーバーフロー
いや	0x6	[o == 0]	オーバーフローなし
A	0x7	[c == 0 && z == 0]	上記（符号なしより大きい）
ええ	0x8	[c == 0]	等しい（符号なし以上）
B	0x9	[c == 1]	以下（署名なし）
BE	0xA	[c == 1 || z == 1]	等しい（符号なし、以下）
G	0xB	[o == n && z == 0]	より大きい署名
GE	0xC	[o == n]	より大きいまたは等しい署名
L	0xD	[o！= n]	未満署名
LE	0xE	[o！= n || z == 1]	未満または等しい署名

代替ニーモニックも使用できます。

NC	0x8	[c == 0]	キャリーなし（AEと同じ）
C	0x9	[c == 1]	キャリー（Bと同じ）

CPUコマンド

CHIP16オペコードは、正確に4バイト（32ビット）かかります。
HHは最上位バイトです。
LLはマイナーな戦いです。
N-ニブル（4ビット値）。
X、Y、Z-4ビットのレジスタ識別子。

オペコード	ニーモニック	使用する
00 00 00 00	いや	操作なし、1プロセッササイクルのみ
01 00 00 00	CLS	スクリーンクリーニング（メインレイヤーはクリアされ、背景色はインデックス0の色に設定されます）
02 00 00 00	Vblnk	垂直同期を期待してください。 フレームが描画されなかった場合、PC- = 4
03 00 0N 00	BGC N	インデックスNで背景色を設定します。インデックスが0の場合、背景色は黒です
04 00 LL HH	SPR HHLL	スプライトサイズの設定：幅（LL）および高さ（HH）
05 YX LL HH	DRW RX、RY、HHLL	XおよびYレジスタで指定された座標でHHLLメモリのアドレスからスプライトを描画します。結果はキャリーフラグに影響します
06 YX 0Z 00	DRW RX、RY、RZ	レジスタXおよびYで指定された座標で、レジスタZが指すメモリのアドレスからスプライトを描画します。結果はキャリーフラグに影響します
07 0X LL HH	RND RX、HHLL	レジスタXに乱数を入れます。最大値はHHLLによって設定されます
08 00 00 00	フリップ0、0	スプライト表示の方向を設定します。 水平フリップ= NO、垂直フリップ= NO
08 00 00 01	フリップ0、1	スプライト表示の方向を設定します。 水平反転= NO、垂直反転= YES
08 00 00 02	フリップ1、0	スプライト表示の方向を設定します。 水平フリップ= YES、垂直フリップ= NO
08 00 00 03	フリップ1、1	スプライト表示の方向を設定します。 水平フリップ= YES、垂直フリップ= YES
09 00 00 00	SND0	停止音
0A 00 LL HH	SND1 HHLL	500HzトーンHHLLミリ秒で再生
0B 00 LL HH	SND2 HHLL	1000HzトーンHHLLミリ秒で再生
0C 00 LL HH	SND3 HHLL	1500Hz HHLLトーンミリ秒を再生
0D 0X LL HH	SNP RX、HHLL	HHLLで指定された現在のサウンドジェネレーターに従って、HHLLミリ秒のサウンドトーンを再生します。
0E AD SR VT	SNG AD、VTSR	サウンドジェネレーターADSR A =攻撃（0..15） D =減衰（0..15） S =持続（0..15、ボリューム） R =リリース（0..15） V =ボリューム（0..15） T =音の種類： 00 =三角波 01 =のこぎり波 02 =脈波（今のところは正方形です） 03 =ノイズ 値が正しくない場合、サウンドは再生されません
10 00 LL HH	JMP HHLL	指定されたHHLLアドレスに移動します
12 0x LL HH	Jx hhll	「x」条件に従って、指定されたHHLLアドレスに移動します。 （条件のタイプを参照）
13 YX LL HH	JME RX、RY、HHLL	レジスタXがレジスタYと等しい場合、指定されたHHLLアドレスに移動します
16 0X 00 00	JMP RX	レジスタXで指定されたアドレスに移動します
14 00 LL HH	CALL HHLL	HHLLでルーチンを呼び出します。 [SP]でPCを保存し、SPを2増やします
15 00 00 00	レット	サブルーチンから戻ります。 SPを2減らし、[SP]からPCを復元します
17 0x LL HH	Cx hhll	条件 'x'が満たされている場合、サブルーチンを呼び出します。 （条件のタイプを参照）
18 0X 00 00	rxを呼び出す	レジスタXのアドレスでサブルーチンを呼び出します。PCを[SP]に保存し、SPを2増やします
20 0X LL HH	LDI RX、HHLL	レジスタXにHHLL即値を入れます
21 00 LL HH	LDI SP、HHLL	スタックポインターをHHLLアドレスに設定します。 スタック上の古い値を新しいアドレスに移動しません
22 0X LL HH	LDM RX、HHLL	アドレスHHLLのメモリからレジスタX 16ビット値を入力します
22 YX 00 00	LDM RX、RY	レジスタYが指すアドレスのメモリからレジスタXに16ビット値を入れます。
24 YX 00 00	MOV RX、RY	レジスタYの値をレジスタXにコピーします
30 0X LL HH	STM RX、HHLL	レジスタXの値をメモリのアドレスHHLLに保存します
31 YX 00 00	STM RX、RY	レジスタXの値をメモリのレジスタYにあるアドレスに保存します
40 0X LL HH	ADDI RX、HHLL	すぐにHHLL値をXレジスタに追加しますフラグ[c、z、o、n]に影響します
41 YX 00 00	RX、RYを追加	レジスタYの値をレジスタXに追加します。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[c、z、o、n]に影響します
42 YX 0Z 00	RX、RY、RZを追加	レジスタXにレジスタYの値を追加します。結果はレジスタZに配置されます。フラグ[c、z、o、n]に影響します
50 0X LL HH	SUBI RX、HHLL	レジスタXから即時HHLL値を減算します。結果はレジスタXにあります。フラグ[c、z、o、n]に影響します
51 YX 00 00	SUB RX、RY	レジスタXからレジスタYの値を減算します。結果はレジスタXに格納されます。フラグ[c、z、o、n]に影響します
52 YX 0Z 00	SUB RX、RY、RZ	レジスタXからレジスタYの値を減算します。結果はレジスタZに配置されます。フラグ[c、z、o、n]に影響します
53 0X LL HH	CMPI RX、HHLL	レジスタXから即時HHLL値を減算します。結果は保存されません。 フラグ[c、z、o、n]に影響します
54 YX 00 00	CMP RX、RY	レジスタXからレジスタYの値を減算します。結果は保存されません。 フラグ[c、z、o、n]に影響します
60 0X LL HH	アンディRX、HHLL	レジスタXへの直接値HHLLの論理演算「AND」。レジスタXの結果。フラグ[z、n]に影響
61 YX 00 00	およびRX、RY	レジスタXからレジスタXへの論理演算「AND」値。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[z、n]に影響します
62 YX 0Z 00	RX、RY、RZ	レジスタYからレジスタXへの論理演算「AND」値。結果はレジスタZに配置されます。フラグ[z、n]に影響します。
63 0X LL HH	TSTI RX、HHLL	レジスタXへのHHLLの直接値の論理演算「AND」。結果は保存されません。 フラグ[z、n]に影響します
64 YX 00 00	TST RX、RY	レジスタXに対するレジスタYの論理演算「AND」値。結果は保存されません。 フラグ[z、n]に影響します
70 0X LL HH	ORI RX、HHLL	レジスタXへのHHLLの直接値の論理演算「OR」。結果はレジスタXにあります。フラグ[z、n]に影響します
71 YX 00 00	またはRX、RY	レジスタXに対するレジスタYの論理演算「OR」値。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[z、n]に影響します
72 YX 0Z 00	またはRX、RY、RZ	レジスタYからレジスタXへの論理演算「OR」値。結果はレジスタZに格納されます。フラグ[z、n]に影響します。
80 0X LL HH	XORI RX、HHLL	レジスタXへのHHLLの直接値の論理演算「XOR」。結果はレジスタXにあります。フラグ[z、n]に影響します
81 YX 00 00	XOR RX、RY	レジスタXからレジスタXへの論理演算「XOR」値。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[z、n]に影響します。
82 YX 0Z 00	XOR RX、RY、RZ	レジスタXからレジスタXへの論理演算「XOR」値。結果はレジスタZに配置されます。フラグ[z、n]に影響します
90 0X LL HH	MULI RX、HHLL	即時HHLL値にレジスタXを乗算します。結果はレジスタXにあります。[c、z、n]フラグに影響します
91 YX 00 00	MUL RX、RY	レジスタYの値にレジスタXを乗算します。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[c、z、n]に影響します
92 YX 0Z 00	MUL RX、RY、RZ	レジスタYの値にレジスタXを掛けます。結果はレジスタZに配置されます。フラグ[c、z、n]に影響します
A0 0X LL HH	DIVI RX、HHLL	レジスタXをHHLLの即値に分割します。 結果はレジスタXにあります。フラグ[c、z、n]に影響します
A1 YX 00 00	DIV RX、RY	レジスタXをレジスタYの値で除算します。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[c、z、n]に影響します
A2 YX 0Z 00	DIV RX、RY、RZ	レジスタXをレジスタYの値で除算します。結果はレジスタXに配置されます。フラグ[c、z、n]に影響します
B0 0X 0N 00	SHL RX、N	レジスタXの値の左N倍への論理シフト。 フラグ[z、n]に影響します
B1 0X 0N 00	SHR RX、N	レジスタXの値を右にN回論理的にシフトします。 フラグ[z、n]に影響します
B0 0X 0N 00	SAL RX、N	レジスタXの値を左にN回算術シフトします。 フラグ[z、n]に影響します。 SHLと同じ
B2 0X 0N 00	SAR RX、N	レジスタXの値を右にN回算術的にシフトします。 フラグ[z、n]に影響します
B3 YX 00 00	SHL RX、RY	レジスタXの値をレジスタYの値だけ左に論理シフトします。フラグ[z、n]に影響します
B4 YX 00 00	SHR RX、RY	レジスタXの値をレジスタYの値だけ右に論理シフトします。フラグ[z、n]に影響します
B3 YX 00 00	SAL RX、RY	レジスタYの値によるレジスタXの値の左への算術シフト。フラグ[z、n]に影響します。 SHLと同じ
B5 YX 00 00	SAR RX、RY	レジスタXの値をレジスタYの値だけ右に算術シフトします。フラグ[z、n]に影響します
C0 0X 00 00	PUSH RX	レジスタXの値をスタックにプッシュします。 SPを2増加
C1 0X 00 00	ポップRX	SPを2減らします。スタックからレジスタXの値を復元します。
C2 00 00 00	プッシュ	スタック上のすべての汎用レジスター（r0-rf）の値を保存します。 SPが32増加
C3 00 00 00	ポポール	SPを32減らします。すべての汎用レジスター（r0-rf）の値をスタックから復元します。
C4 00 00 00	プシュフ	フラグレジスタの状態をスタックに保存します。 ビット0〜7はメインフラグ、ビット8〜15は空（常にゼロ）です。 SPを2増加
C5 00 00 00	プシュフ	SPを2減らす。スタックからフラグレジスタの状態を復元する
D0 00 LL HH	PAL HHLL	HHLL、16 * 3バイト、RGB形式にあるパレットをダウンロードします。 最後のVBlankの直後に有効になります
D1 0x 00 00	パルRX	レジスタX、16 * 3バイト、RGB形式のアドレスにあるパレットをダウンロードします。 最後のVBlankの直後に有効になります

より詳細に読む場所、「感じる」方法

私が言ったように、英語のフォーラムで詳細を読むことができます。
-CHIP16の議論を含む最初の （そしてすでに廃止された、閉じられた）トピック
-議論のある2番目のトピック（メイン）。 ここでは、すべての情報がトピックの最初の投稿で収集されます。 仕様、ツール、プログラムの例があります。 フォーラムから何かをダウンロードするには登録が必要です。

優れたRefCHIP16エミュレーター： code.google.com/p/refchip16/downloads/list C ++ソース。単純な解釈とAOT（Ahead Of Time）コンパイルの両方の可能性があり、間違いなく配信されます。 おそらく、仕様1.1（特にADSRサウンド）を正しく処理する唯一の通常のエミュレーターです。

CHIP16用のやや時代遅れのゲーム、デモ、テストイメージのセット。 ほとんどのプログラムにはアセンブラーソースがあります。rghost.ru / 38862474新しいゲームとプログラムは、フォーラムスレッドに配置されています。

開発

CHIP16のプログラムとゲームは、圧倒的にアセンブラーで記述されています。 ここからダウンロードできます： code.google.com/p/tchip16/downloads/listたとえば、このトピック（矢印）からスプライトを取り出して画面に表示します。 これを行うには、任意のテキストエディターを開き、空のhabr.asmファイルを作成し、そこにコマンドを記述します。

spr #0504 ;    8x5 ldi r0,10 ;   r0 - X  ldi r1,10 ;   r1 - Y  drw r0,r1,arrow ;       (10,10) end: jmp end ;   ;  arrow: db #f1, #11, #11, #ff db #f1, #1f, #ff, #ff db #f1, #f1, #ff, #ff db #f1, #ff, #1f, #ff db #f1, #ff, #f1, #ff 

次に、このコマンドを使用してプログラムをコンパイルします。
tchip16.exe habr.asm -o habr.c16
次に、結果のhabr.c16ファイルをエミュレーターで開き、白い背景に黒い矢印の外観を楽しみます:)

複雑なアルゴリズムをデバッグするには、デバッガー-chip16debuggerを使用できます： code.google.com/p/chip16debugger/downloads/list

アルファ版、govnokod、おそらくバグがありますが、何もないよりはましです。 時にはバグを見つけるのに本当に役立ちます。

エミュレーター...そして、他にクールなものをかき混ぜることができますか？

さて、例えば、高水準言語のコンパイラ（または翻訳者）です。 例えば、私はPascalのような言語から翻訳者を書き込もうとしました。 確かに何かが起こりましたが、明らかに本格的な言語には届きません。 これらのプログラムはそれで書くことができます：

 var xPixels, yPixels, xStart, yStart, Xsize, YSize, maxiter : integer; xStep, yStep : integer; ix,iy,x,y,x0,y0,iteration,xtemp : integer; dist : byte; temp : byte; xx,yy : byte; begin XPixels := 160; YPixels := 100; XStart := $FF9c; YStart := $FFce; XSize := 160; YSize := 100; MaxIter := 16; XStep := XSize div XPixels; YStep := YSize div YPixels; yy := 20; For iy := 0 to yPixels do begin xx := 0; For ix := 0 to xPixels do begin x := xStart + ix * xStep; y := yStart + iy * yStep; x0 := x; y0 := y; iteration := 0; Repeat xtemp := ((x*x) div 48) - ((y*y) div 48) + x0; y := 2*((x*y) div 48) + y0; x := xtemp; iteration := iteration + 1; dist := ((x*x) div 48) + ((y*y) div 48); If iteration = maxiter then dist := 4000; Until dist > 192; If iteration <> maxiter then If iteration > 1 then begin temp := ((iteration shl 4) or iteration) shl 8; temp := temp or ((iteration shl 4) or iteration); DrawSprite(xx,yy,$0201,^temp); end; xx := xx + 2; end; yy := yy + 2; end; end. 

出力は、上記のアセンブラtchip16によってコンパイルされた大量のアセンブラgovnokodaでした。 その結果、何らかの形で機能し、次の図を示しました。


残念ながら、私はそれを放棄しました。すべてをリリースするか、少なくともベータ版にするための十分なスキルがありませんでした。

他に何が...そうそう、興味深いケースがありました-彼らは、主題の下でデモを書くなど、CHIP16デモコンポをかき立てたかったです。 まあ、古い学校、リソースは限られています、これらは手術のギグを持つシェーダーではありません。 理論的には、フレームバッファがなく、画面全体のサイズのスプライトに32KbのRAMがあるように、古いエフェクトを完全にひねることができます。 また、コードごとに32 KBが残ります。 画面を点滅させなくてもできます。 私の小さなデモは、シネドットです （このような点は空間内で回転し、実際には3次元になります）。 確かに、私はここに足を踏み入れ、点（1バイトのスプライト）で正確に点を推測しました。これがまばたきの結果です。

プラットフォーム全体をハードウェアで作成できます（FPGAおよびその他のトランジスタのファン用）。 そして、このハードウェア用にエミュレータを書くかもしれません。

また、ハードウェアの観点では完全にハードウェアではありません（通常のMIPSプロセッサがあります）が、それでも興味深いものです。

皆さんに幸運を！