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

Another World VM instruction set

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	Subtract
0x14	and	Boolean AND
0x15	or	Boolean OR
0x16	shl	Shift Left
0x17	shr	Shift Right
0x18	play / "playSound"	parameters: resourceId, freq, vol, channel
0x19	load / "updateMemList"	bank-switching de recursos (paletas, bytecode, polígonos, etc)
0x1A	song / "playMusic"	parameters: resourceID, delay, pos
0x40/0x80	video	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