Mudanças entre as edições de "AnotherWorld JAMMA"

Edição atual tal como às 14h59min de 29 de maio de 2017

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

Ver também

Tweet de 11/JAN/2016 "Emulating Eric Chahi's Another World at the bytecode level with my custom MAME fork #gamedev"
Tweet de 08/AGO/2016 "Control unit signals sequencer configured by a set of microcode ROMs #weekendproject #anotherworld #JAMMA #CPU #hack"

@@ Linha 4: / Linha 4: @@
 * 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
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 |
-| VM_vars[varID] <= const
+| [varID] <= const
 |-
 | 0x01
 | mov
+| dst
-| dstVarID
+| src
-| srcVarID
 |
 |
 |
 |
-| VM_vars[dstVarID] <= VM_vars[srcVarID]
+| [dst] <= [src]
 |-
 | 0x02
 | add
+| dst
-| dstVarID
+| src
-| srcVarID
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 |
-| VM_vars[dstVarID] <= VM_vars[srcVarID] + VM_vars[dstVarID]
+| [dst] <= [src] + [dst]
 |-
 | 0x03
@@ Linha 73: / Linha 75: @@
 |
 |
-| VM_vars[varID] <= VM_vars[varID] + value
+| [varID] <= [varID] + value
 |-
 | 0x04
@@ Linha 227: / Linha 229: @@
 | 0x13
 | sub
-| varA_ID
+| A
-| varB_ID
+| B
 |
 |
 |
 |
-| Subtract: VM_var[varA_ID] <= VM_var[varA_ID] - VM_var[varB_ID]
+| Subtract: [A] <= [A] - [B]
 |-
 | 0x14
 | and
+| A
+| B
 |
 |
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 |
+| Boolean AND: [A]&nbsp;<=&nbsp;[A]&nbsp;&&nbsp;[B]
-|
-|
-| Boolean AND: VM_var[varA_ID] <= VM_var[varA_ID] & VM_var[varB_ID]
 |-
 | 0x15
 | or
+| A
+| B
 |
 |
 |
 |
+| Boolean OR: [A]&nbsp;<=&nbsp;[A]&nbsp;&#124;&nbsp;[B]
-|
-|
-| Boolean OR: VM_var[varA_ID] <= VM_var[varA_ID] | VM_var[varB_ID]
 |-
 | 0x16
@@ Linha 263: / Linha 265: @@
 |
 |
-| Shift Left: VM_var[varID] <= VM_var[varID] << value
+| Shift Left: [varID] <= [varID] << value
 |-
 | 0x17
@@ Linha 273: / Linha 275: @@
 |
 |
-| Shift Right: VM_var[varID] <= VM_var[varID] >> value
+| Shift Right: [varID] <= [varID] >> value
 |-
 | 0x18
@@ Linha 305: / Linha 307: @@
 | parameters: resourceID, delay, pos
 |-
-| 0x40
+| 0x40-0x7F
 | video
 | offset H
@@ Linha 315: / Linha 317: @@
 | renderização de polígonos
 |-
-| 0x80
+| 0x80-0xFF
-| video
 | video (opcode contains 7-bit offset H)
 | offset L
 | x
 | y
+|
 |
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@@ Linha 344: / Linha 346: @@
  '''Função:''' Tocar 4 canais simultaneos de áudio com base em samples armazenados em ROMs
- '''implementação:''' Estamos estudando a possibilidade de usar um chip MSM6295
+ '''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 ==
@@ Linha 352: / Linha 354: @@
 ==== rasterização ====
+ '''Resolução: ''' 320x200 pixels x 16 cores sendo a paleta selecionada dentre 64 opções de paletas
 TO-DO:
@@ Linha 362: / Linha 366: @@
 '''Passo 4:''' Realizar em portas lógicas e montar em protoboard ou PCB e testar
+== Ver também ==
+* [https://twitter.com/juca_gnu/status/686597622417719296 Tweet de 11/JAN/2016] "Emulating Eric Chahi's Another World at the bytecode level with my custom MAME fork #gamedev"
+* [https://twitter.com/juca_gnu/status/762719829035982848 Tweet de 08/AGO/2016] "Control unit signals sequencer configured by a set of microcode ROMs #weekendproject #anotherworld #JAMMA #CPU #hack"