AnotherWorld JAMMA

Esta página contém rascunhos da concepção do projeto de uma placa JAMMA para o jogo Another World. Este projeto está sendo desenvolvido ao longo de uma atividade semanal no Garoa chamada CPU do Zero. Todo o projeto será implementado como hardware livre (com os esquemáticos distribuidos sob a licença livre CERN Open Hardware License v1.2).

• os esquemáticos estão sendo projetados usando o software KICAD
• os arquivos estão sendo publicados no GitHub em https://github.com/felipesanches/AnotherWorld_JAMMA
• as tarefas pendentes deste projeto estão sendo monitoradas neste bugtracker: https://github.com/felipesanches/mame/issues?utf8=%E2%9C%93&q=is%3Aissue%20is%3Aopen%20anotherworld
• o código fonte de protótipo via emulação está sendo desenvolvido em: https://github.com/felipesanches/mame/tree/anotherworld

Relógio Central

Função: Gerar o sinal de clock para a CPU e para os circuitos de geração de vídeo
implementação: (pendente)

Possivelmente implementaremos um oscilador com porta NAND, capacitor e resistor. Mas talvez façamos um upgrade prum oscilador com cristal. Precisaremos também ter um divisor de clock para gerar todas as frequencias necessárias para o sistema (unidade de controle, vídeo, som, etc).

CPU

Unidade de Controle - Decodificador de Instrução

Função: Detectar qual instrução o processador precisa executar com base no valor do código de instrução atual
implementação: (pendente)

Sugestão:

Como o instruction set da VM é muito simples e tem opcodes com valores incrementais de 0x00 a 0x1A (mais um par de instruções especiais em 0x80 e 0x40) é possível implementar trivialmente um decoder por meio do uso de um decodificador de 5 bits para 32 linhas. Isso pode ser implementado usando 2 decoders de 4 bits para 16 linhas como o 74154.

As duas instruções especiais (que são relativas a renderização de video) podem ser decodificadas com algumas poucas portas NAND com dados vindo dos bits 6 e 7 do registrador de instrução.

Instruction Set

Segue abaixo uma listagem de todas as instruções e seus respectivos opcodes

Another World VM instruction set

0x00	movConst	varID	const H	const L				[varID] <= const
0x01	mov	dst	src					[dst] <= [src]
0x02	add	dst	src					[dst] <= [src] + [dst]
0x03	addConst	varID	value					[varID] <= [varID] + value
0x04	call	addr H	addr L					stack->push(PC); PC = addr
0x05	ret							PC = m_stack->pop()
0x06	Break / "pauseThread"							Temporarily stops the executing channel and goes to the next.
0x07	jmp	addr H	addr L					PC <= addr
0x08	Setvec	channelID	addr H	addr L				Initialises a channel (thread) with a code address to execute
0x09	djnz	varID	addr H	addr L				Decrement variable value and Jump to address if value is Not Zero
0x0A	Conditional Jump instructions	subopcode	varID	value				JZ, JNZ, JG, JGE, JL, JLE
0x0B	setPalette	palID H	palID L					selects current palette
0x0C	updateChannel	first	last	type				Freeze (0), unfreeze (1) or delete(2) a range of channels.
0x0D	selectVideoPage	bufferID						selects the current video page
0x0E	fillVideoPage	pageID	color					fills a video page with a solid color
0x0F	copyVideoPage	srcPageID	dstPageID					copies the contents of a video page to another one
0x10	blitFramebuffer	pageID						updates display with the contents of the specified video page
0x11	killChannel / "killThread"							stops running and deactivates the current channel
0x12	Text	stringID H	stringID L	x	y	color		Displays in the work screen the specified text for the coordinates x,y.
0x13	sub	A	B					Subtract: [A] <= [A] - [B]
0x14	and	A	B					Boolean AND: [A] <= [A] & [B]
0x15	or	A	B					Boolean OR: [A] <= [A] | [B]
0x16	shl	varID	value H	value L				Shift Left: [varID] <= [varID] << value
0x17	shr	varID	value H	value L				Shift Right: [varID] <= [varID] >> value
0x18	play / "playSound"	resourceID H	resourceID L	freq	vol	channel		parameters: resourceId, freq, vol, channel
0x19	load / "updateMemList"	resourceID H	resourceID L					bank-switching de recursos (paletas, bytecode, polígonos, etc)
0x1A	song / "playMusic"	resourceID H	resourceID L	delay H	delay L	pos		parameters: resourceID, delay, pos
0x40-0x7F	video	offset H	offset L	x	<etc>			renderização de polígonos
0x80-0xFF	video (opcode contains 7-bit offset H)	offset L	x	y				renderização de polígonos

Unidade de Controle - Microcódigo

Função: Implementa o comportamento de cada instrução por meio da geração de sinais de controle que manipulam o fluxo de dados
implementação: (pendente)

Fluxo de Dados

Função: Elementos passivos que implementam os registradores internos da CPU, Pilha e memória
implementação: (pendente)

STACK

A VM possui uma pilha de 256 elementos de 16 bits cada. Pensei em implementar isso com register files, mas não achei um grande o suficiente pra isso. O Mais próximo que achei foi esse que tem 64 elementos de 40 bits cada. Mesmo assim teria que ter 4 desses, sobrariam bits não usados e não sei o quão fácil é achar desse chip. Talvez seja o caso de usar uma RAM estática, mesmo que as menores disponíveis já sejam muito maiores que o realmente necessário aqui.

Sistema de áudio

Função: Tocar 4 canais simultaneos de áudio com base em samples armazenados em ROMs
implementação: Estamos estudando a possibilidade de usar um chip MSM6295 ou um chip Amiga Paula. Ver issue no github: https://github.com/felipesanches/mame/issues/10

Sistema de vídeo

Função: Gerar sinal de vídeo para os pinos do conector JAMMA com base em rotinas de rasterização dos elementos poligonais armazenados em ROMs
implementação: (pendente)

rasterização

Resolução:  320x200 pixels x 16 cores sendo a paleta selecionada dentre 64 opções de paletas

TO-DO:

Passo 1: Esturar o algoritmo de rasterização com base no código fonte da reimplementação livre da VM.

Passo 2: Implementar uma máquina de estados equivalente

Passo 3: Estágio de saída (paleta de cores) Implementar bank-switching para alternação de paletas de cores. E projetar conversor digital-analógico para os 3 canais de cores. Precisaremos de ROMs pequenas para armazenar as paletas de cores. Placas de arcade usam ROMs OTP (one-time-programmable) como a HM-7611 usada no jogo 1984 (ver a página "COLOR MIXER" do esquemático nesse PDF)

Passo 4: Realizar em portas lógicas e montar em protoboard ou PCB e testar