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
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
| 0x00 | movConst | varID | const H | const L | VM_vars[varID] <= const | |||
| 0x01 | mov | dstVarID | srcVarID | VM_vars[dstVarID] <= VM_vars[srcVarID] | ||||
| 0x02 | add | dstVarID | srcVarID | VM_vars[dstVarID] <= VM_vars[srcVarID] + VM_vars[dstVarID] | ||||
| 0x03 | addConst | varID | value | VM_vars[varID] <= VM_vars[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 | varA_ID | varB_ID | Subtract: VM_var[varA_ID] <= VM_var[varA_ID] - VM_var[varB_ID] | ||||
| 0x14 | and | Boolean AND: VM_var[varA_ID] <= VM_var[varA_ID] & VM_var[varB_ID] | ||||||
| 0x15 | or | VM_var[varB_ID] | ||||||
| 0x16 | shl | varID | value H | value L | Shift Left: VM_var[varID] <= VM_var[varID] << value | |||
| 0x17 | shr | varID | value H | value L | Shift Right: VM_var[varID] <= VM_var[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
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
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