アーキテクチャとプログラミングPhilips Videopac（Magnavox Odyssey 2）

「ハードウェアはソフトウェアが早期に結晶化したものです」

-アラン・ケイ



Magnavox Odyssey 2（Videopac）コンピューターは1978年に登場し、ゲーミングコンピューターとして位置付けられましたが、より深刻なアプリケーション（組み込みのメンブレンキーボードを使用）の可能性がありました。 割り当てられたメモリ量を考えると、深刻なアプリケーションはほとんどありませんでした。実際、Videopacをゲームコンソールと見なす方がより正確です。



名前については、Magnavox Odyssey 2は米国で販売され、NTSCビデオ信号を生成しました（RF出力経由）。 Philips Videopac G7000（別名C52）は、それぞれヨーロッパでPALビデオとともに販売されました。 この違い（もちろん、一部のゲームのパフォーマンスに影響します）に加えて、コンピューターはまったく同じです。



Videopacは、プログラム付きのカートリッジの形でゲームがリリースされた最初のゲームコンソールの1つでした。 したがって、技術的には、このデバイスが非常に禁欲的であることは驚くことではありません。

CPUとメモリ

プロセッサはIntel 8048マイクロコントローラです。 かつては、すべてのPC XTおよびATキーボードに（異なるバージョンで）インストールされていたため、非常に有名でした。



8048には、かなり単純な命令セットといくつかのアドレス指定モードがあります。 ハーバードアーキテクチャ（誰もがよく知っているフォンノイマンとは対照的）。



すべてのメモリは、ソフトウェアROM（チップ上の1kb BIOSおよびカートリッジ内の最大8kb ROM）、内部RAM（マイクロコントローラー自体に64バイト、そのうち32バイトがレジスタおよびスタック用に予約されている）、および外部RAM（128バイトのスタティックRAM、ビデオコントローラーと同じアドレスに部分的に配置されます）。



その結果、プログラマが使用できるRAMの総量は160バイト未満であり、それでもその全体を使用することは非常に困難です。



各タイプのメモリ（MOVP、MOV、MOVX）にアクセスするための個別の命令があります。 Videopacの8048のクロック周波数は、多くの場合5.37 MHzとして示されますが、実際には（次の指示の意味で）0.358 MHzのみです。 ただし、この場合、ほとんどの命令は1〜2サイクルで完了します。 A、R0〜R7の9つの汎用レジスタがあります。



8048には、タイマー、2つのI / Oポート、および割り込み制御回路もあります。 ポートを介して、2つのジョイスティックとキーボードがポーリングされます。



8048の不快な機能は、メモリを256バイトのページ（別のページにあるメモリの場所にアクセスできない）と2kbのバンク（隣接するバンクにアクセスするには、SEL RBコマンドで切り替える必要がある）に分割することです。



8048-1816BE48の国内アナログがあります。

ビデオとサウンド

システムの別の重要なコンポーネントは、Intel 8245チップ（別名NTSCの8244）です。 これは、Videopac専用に作成されたマスクROMを備えたビデオベースのオーディオコントローラーです（つまり、明らかに他のバージョンやファームウェアはありません）。









ビデオコントローラーは、1980年代の家庭用コンピューターの標準でさえかなり奇妙です。 たとえば、グラフィックモードまたはテキストモードはありません。 サポートするすべてのエンティティ（スプライト、文字、四角形、グリッド）は、1つまたは別の制限のあるスプライトです。 これに関して、画面上の特定の場所にポイントを描画したり、画面をテキストで埋めたりするような「通常の」操作は不可能です。 このため、画面解像度について明確に話すことすらできません（228 x 262などの数値について話すことは非常に条件付きです）。



実際、このビデオコントローラーは普遍的ではなく、典型的な（非常に単純な）ゲーム用に設計されています。 次の形式を取ります。



スプライトは、従来の8x8ピクセルのハードウェアスプライトです。 同時に、画面上に4つのスプライトが存在する場合があります。 それらの内容、座標、色は、ビデオコントローラのレジスタに書き込むことで変更できます。 各スプライトは、8つの（明るい）色のいずれかです。



また、スプライトを半分（！）ピクセルだけシフトしたり、スプライトの奇数行を偶数ピクセルに対して半分ピクセルずらしたりできる、奇妙な（便利ではあるが）機能もあります。



文字は記号です。 文字、数字、および一部の文字（合計63）。そのイメージはROM BIOSに保存されており、変更できません。 同時に、最大12文字を画面に表示できます。 スプライトと同様に、それらは画面上のどこにでも表示されます（ピクセル単位）が、それらとは異なり、互いにオーバーラップすることはできません。 各文字には、8色（明るい色）を使用できます。



シンボルイメージの取得元のアドレスは、シンボルが表示されるY座標とシンボルコード（！）によって異なります。 したがって、文字を出力するには、巧妙な式を使用してこのアドレスを計算するか（特に文字の一部を取得する場合）、BIOSルーチンを使用する必要があります。









クワッド -4個に結合されたキャラクターのグループ。



グリッド -9 x 8セグメントのグリッド。 迷路、床、階段などを表示するために使用されます。 グリッドの代わりにソリッドブロックを表示できるモードがあります-たとえば、チェス盤をシミュレートするために。 グリッド全体は同じ色です。 つまり すべてのグリッドに、8色（暗い）の1つが設定されます。



グリッドは背景（背景の上にあり、8色のいずれか）、シンボルはグリッドの上に表示され、スプライトは前景に表示されます。



オブジェクトの相互の衝突の事実を追跡することが可能です（特定のオブジェクトを示すことなく、オブジェクトのタイプごとに1ビットのフラグ）。



さらに、ビデオコントローラーでは、いくつかの制限がありますが、フレームだけでなくラインごとにビームの位置を追跡できます。 最も単純な場合、これは、適切なタイミングで背景色を変更することにより、水平ストライプ（たとえば、地球と空）を描くために使用されます。









ビデオに加えて、8245ではプリミティブサウンドを生成することもできます。 これを行うために、24ビットのサイクリックシフトレジスタがあり、2つの周波数のいずれかを使用してクロックを生成し、選択してノイズ生成モードに切り替えることができます。 したがって、任意の音符を生成することは事実上不可能ですが、いくつかのトリックを使用すると、許容できる近似を得ることができます。



出力音量は一般的で、16レベルのいずれかを設定できます。 BIOSルーチンを使用すると、ほとんどのゲーム（きしみ、ショット、爆発）で聞こえるいくつかのサウンドを作成できます。



ゲームカートリッジは、2 kb（通常）から8 kbまでのシンプルなROMサイズです。 カートリッジに加えて、Videopacには2つの周辺機器があります-スピーチシンセサイザー（LPC圧縮、ワード付きROM）およびチェスコンピューターモジュール（独自のz80プロセッサー付き）。

開発

最適なエミュレーターはo2emで、デバッガーが組み込まれたバージョンがあります。 これは本当に非常にまともなエミュレータですが、それでもかなり単純なコードが機能するが、実際のVideopacで黒い画面または間違った色を与える状況は非常に典型的です。 1816BE48エミュレータ（「SCM-DCA Laboratoryのシングルチップマシン」）も有用です。 アセンブラーとしては、AS（ASW）を使用するのが最適です。



次のようにビルドして実行します。

asw.exe -L -x %1.a48 p2bin.exe %1.p %1.bin -r 1024-3071 o2em.exe %1.bin -euro
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

実際のデバイスでコードを確認するために、 Mateos Videopac Multigame CartridgeとMateos Burner / Dumperを購入しました（つまり、USBポートを備えたROMエミュレーターとプログラマー）。



また、コンポジットまたはRGB出力を作成してVideopacを変更することも理にかなっています（インターネット上には多くのスキームがあります）。 標準のRFと比較して、これはより良い画像とより正確で鮮明な色を提供します。



コンピューターの電源を入れると（動作中のカートリッジが挿入されている場合）、画面に「ゲームを選択してください」というカラーメッセージが表示されます（カートリッジがない場合、画面にはごみが表示されます）。

キーを押すと、アドレス0400h（カートリッジROMの最初のアドレス）に移行します。



典型的なプログラムは次のとおりです。

 ; Hello World for Philips Videopac (Magnavox Odyssey 2), 8048 CPU ; by Frog ( https://github.com/petersobolev ) cpu 8048 org 400h include "g7000.h" ;   Videopac  ;   jmp selectgame ; RESET.  VDC,    .   "SELECT GAME"   .     0408h, ..  jmp start (   A). jmp irq ; jmp timer ; jmp vsyncirq ; jmp start ;    selectgame jmp soundirq ; timer: ret ;    start: call gfxoff ;        VDC mov r0,#010h ;    VDC   (  12) mov r3,#40 ; x mov r4,#100 ; y mov r1,#hellostr & 0ffh ;    (     255  ) mov r2,#11 ;   11  nextchar: mov a,r1 movp a,@a ;   A       r1 mov r5,a inc r1 ;    mov r6,#0eh ;   call printchar ;   (  r0  r3) djnz r2,nextchar call gfxon ;  ,    VDC loop: jmp loop ;   ; 'HELLO WORLD' (ASCII    ) hellostr: db 01dh, 012h, 00eh, 00eh, 017h, 00ch, 011h, 017h, 013h, 00eh, 01ah
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

アプリケーション-Intro Rash

Videopacを勉強した結果によると、私は（ カオスコンストラクションのコンペティションのために）256バイトのイントロ（ ビデオ 、 ソース ）を書きました。









3つのタイプのグラフィックプリミティブが使用されます（ビデオコントローラーに実装された4つのi8245のうち）-グリッド、スプライト、および文字。 クワッド（文字の種類を表す）のみが使用されません。



上から下に落ちる男性は、スプライトではなく、8x8サイズのシンボル（文字）です。 ただし、8245では、文字とスプライトは関連する概念です。 同時に表示される文字の最大許容数である12個が使用されます。 それらはすべて、標準の文字ジェネレータ（男性の記号があります）から取得され、少なくとも24バイトを節約します。 i8048アーキテクチャとVideopacカートリッジ形式はコードのコンパクト化にはまったく寄与しないため、これは重要なポイントです。 特に、多数のレジスタ（a、r0〜r7）にもかかわらず、使用できるのは一部（a、r0、r1）のみであるため、レジスタからレジスタへデータを駆動する「余分な」命令がかなり生成されます。



オレンジ色の正方形を変更する背景は、グリッドを介して実装されます。 これはハードウェアで生成された9x8グリッド（特別な「チェス」フィールドモード）であり、アルゴリズムによっては、特定のセグメントがオンになります。 グリッドの優先度は常に最小であるため、ほとんどの人がグリッドを飛びません。



不運だが元気な子猫は、2つのスプライト（それぞれ8x8）を表しています。 同時に、移動中のスプライトのデータは定期的に他のデータ（2フレームのみ）に変更され、移動する足をシミュレートします。



文字とスプライトの衝突はビデオコントローラーによって記録され、特定のアルゴリズムに従って、猫のスプライトの色が変わり、特別なビットがリセットされるか、特別なビットがシフトされて、スプライトの偶数行を奇数行に対して半ピクセルだけシフトします。



衝突音として、BIOSルーチンで利用可能な音の1つが使用されます（これにより、さらに数バイト節約されます）。

さらに

ゲームに加えて、Videopacにはさらにいくつかの本格的なアプリケーションがありました。タイトルを実行中の行の形で表示するプログラムと、プログラミングを教えるためのプログラムです。



カートリッジは「コンピュータープログラマー」と呼ばれ、マシンコードで（つまり、アセンブラーでさえ）プログラムを入力して実行できます。 カートリッジには、アーキテクチャと手順8048を説明する本が含まれていました。



これはゲーム（！）コンソールの購入者向けに設計された完全な商用製品であることを思い出させてください。



ビデオで、それがどのように機能するかを見ることができます。

参照資料

• ROMエミュレータ
• アセンブラーASW
• Videopacフォーラム
• 別のVideopacフォーラム
• Intel 8244特許
• Videopacエミュレーター（o2em）
• エミュレーター8048
• Videopac BIOSソース
• ゲーム（ブラウザで起動可能）
• プログラミングのチュートリアル
• Videopacスキーム
• 1つのアーカイブ内の異なるドキュメント

ここでは、さまざまなレトロなプラットフォームでの私の作品を見ることができます。また、GitHubのソースもご覧ください。



ps Videontビデオ出力をRFからコンポジットに作り直したtnt23に感謝します。