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Re: 从零开始的红白机模拟 - [03]CPU基础读写
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STEP1: CPU地址空间: 基础读写 + Mapper000
本博客(知乎似乎不支持markdown表格)github备份地址
让我们再跨一步吧.
6502汇编使用数字前面美元符号(\$)作为16进制的表示(8086则是在后面加‘h’)
CPU地址空间布局
先谈谈内存布局, 6502理论支持64KB的寻址空间, 但是小霸王服务器只有2kb的内存. 自然得说说内存布局
M: 主内存2KB镜像, 比如读取\$0800实际是读取$0000
R: PPU寄存器, 8字节步进镜像.
Registers: 一堆寄存器, 现在不用管.
Expansion ROM: 扩展ROM, 现在不用管
SRAM, PRG-ROM: 已经说过了
CPU中断
很遗憾, 自己在大学虽然是计算机系的, 但是不是计算机科学之类的学科, 而是靠近多媒体方向(比如计算机图形学, 音频之类的). 这就导致导致计算机硬件知识几乎没有, 只能靠脑补了.
6502有三种中断(按优先度排序, 越后面越优先):
- IRQ/BRK
- NMI
- RESET
每一种中断都有一个向量. 向量是当中断触发时“转到”的指定位置的16位地址:
- $FFFA-FFFB = NMI
- $FFFC-FFFD = RESET
- $FFFE-FFFF = IRQ/BRK
- IRQ - Interrupt Request 中断请求 硬件中断请求被执(大致分为Mapper和APU两类)
- BRK - Break 中断指令 当软件中断请求被执行(BRK指令)
- NMI - Non-Maskable Interrupt 不可屏蔽中断 发生在每次垂直空白(VBlank)时, NMI在NTSC制式下刷新次数为 60次/秒, PAL为50次/秒
- RESET在(重新)启动时被触发. ROM被读入内存, 6502跳转至指定的RESET向量
也就是说程序一开始执行$FFFC-FFFD
指向的地址
'低地址'在'低地址', '高地址'在'高地址'. 即低8位在\$FFFC, 高8位在\$FFFD.
Mapper000 - NROM
目前当然是实现Mapper000, 实际上也就是没有Mapper的意思:
- 适用于16KB(NROM-128)或者32KB(NROM-256)的PRG-ROM
- CPU
$8000-$BFFF
: ROM开始的16kb - CPU
$C000-$FFFF
: ROM最后的16kb
Mapper接口
就目前而且, 只需要一个重置接口:
/// <summary>
/// StepFC: Mapper接口
/// </summary>
typedef struct {
// Mapper 重置
sfc_ecode(*reset)(sfc_famicom_t*);
} sfc_mapper_t;
BANK
BANK是每个Mapper载入的单位, 在某种意义上也可以称为window. 根据内存布局, 可以把根据地址划分为每8KB一个BANK, 一共8个区块:
0: [$0000, $2000)
系统主内存1: [$2000, $4000)
PPU 寄存器2: [$4000, $6000)
pAPU寄存器以及扩展区域3: [$6000, $8000)
存档用SRAM区- 剩下的全是 程序代码区 PRG-ROM
也就是:
uint8_t* prg_banks[0x10000 >> 13];
Mapper000 - Reset
根据所述内容, Mapper000可以实现为:
/// <summary>
/// 实用函数-StepFC: 载入8k PRG-ROM
/// </summary>
/// <param name="famicom">The famicom.</param>
/// <param name="des">The DES.</param>
/// <param name="src">The source.</param>
static inline void sfc_load_prgrom_8k(
sfc_famicom_t* famicom, int des, int src) {
famicom->prg_banks[4 + des] = famicom->rom_info.data_prgrom + 8 * 1024 * src;
}
/// <summary>
/// StepFC: MAPPER 000 - NROM 重置
/// </summary>
/// <param name="famicom">The famicom.</param>
/// <returns></returns>
static sfc_ecode sfc_mapper_00_reset(sfc_famicom_t* famicom) {
assert(famicom->rom_info.count_prgrom16kb && "bad count");
assert(famicom->rom_info.count_prgrom16kb <= 2 && "bad count");
// 16KB -> 载入 $8000-$BFFF, $C000-$FFFF 为镜像
const int id2 = famicom->rom_info.count_prgrom16kb & 2;
// 32KB -> 载入 $8000-$FFFF
sfc_load_prgrom_8k(famicom, 0, 0);
sfc_load_prgrom_8k(famicom, 1, 1);
sfc_load_prgrom_8k(famicom, 2, id2 + 0);
sfc_load_prgrom_8k(famicom, 3, id2 + 1);
return SFC_ERROR_OK;
}
这里使用到了C99的inline, 和C++的inline略有区别. 还有就是, 利用位操作减少分支判断也是编码技巧之一.
地址空间读写
根据BANK, 就可以非常简单地实现读:
switch (address >> 13)
{
case 0:
// 高三位为0: [$0000, $2000): 系统主内存, 4次镜像
return famicom->main_memory[address & (uint16_t)0x07ff];
case 1:
// 高三位为1, [$2000, $4000): PPU寄存器, 8字节步进镜像
assert(!"NOT IMPL");
return 0;
case 2:
// 高三位为2, [$4000, $6000): pAPU寄存器 扩展ROM区
assert(!"NOT IMPL");
return 0;
case 3:
// 高三位为3, [$6000, $8000): 存档 SRAM区
return famicom->save_memory[address & (uint16_t)0x1fff];
case 4: case 5: case 6: case 7:
// 高一位为1, [$8000, $10000) 程序PRG-ROM区
return famicom->prg_banks[address >> 13][address & (uint16_t)0x1fff];
}
和写:
switch (address >> 13)
{
case 0:
// 高三位为0: [$0000, $2000): 系统主内存, 4次镜像
famicom->main_memory[address & (uint16_t)0x07ff] = data;
return;
case 1:
// 高三位为1, [$2000, $4000): PPU寄存器, 8字节步进镜像
assert(!"NOT IMPL");
return;
case 2:
// 高三位为2, [$4000, $6000): pAPU寄存器 扩展ROM区
assert(!"NOT IMPL");
return;
case 3:
// 高三位为3, [$6000, $8000): 存档 SRAM区
famicom->save_memory[address & (uint16_t)0x1fff] = data;
return;
case 4: case 5: case 6: case 7:
// 高一位为1, [$8000, $10000) 程序PRG-ROM区
assert(!"WARNING: PRG-ROM");
famicom->prg_banks[address >> 13][address & (uint16_t)0x1fff] = data;
return;
}
还没实现的用断言即可. 写入也是同样的. 不过既然是PRG-ROM, 那么写入加个断言好了.
输出各个中断向量
RESET是跳转$C004
可以看出RESET是跳转$C004.
项目地址
Github-StepFC-Step1github.com
作业
- 基础: RESET跳转地址的那一个字节是啥? 即执行的第一个指令的操作码是?
- 从零开始: 从零开始实现自己的模拟器吧
REF