来自计算机组成原理课程设计的项目。

介绍

为什么要做它

计算机组成原理的实验课要用高级语言写一个 Virtual Machine ,第一步是先交设计报告,这几天就一直在思前想后要做什么样的 VM 。 软件重制上学期的 Proteus CPU 的话实在太寒碜,想写个 Y86 仿真工程量又太大。 今天上课的时候看到朋友在查 NES 模拟器,受到启发,做一个游戏机模拟器的话多有意思,还能运行游戏成就感满满啊。 原本就对早期的游戏很感兴趣,上世纪中旬电子游戏刚兴起的时候,那些游戏都是鼻祖呢。 之后便开始搜集资料了,根据历史,最早的游戏是在实验室的示波器上玩的,之后是在 PDP-1 机器上,再之后出现了第一台街机。 然而这些机器关注度不高,开发文档也比较少。 之后比较热门的是 NES 游戏机(日本的 FC )。 还有一个我比较感兴趣的 Gameboy。 深入了解之后发现要实现它们的工作量实在是有点大, 大约是个半年多的项目,拿来做二分之一的 Final Project 有些蠢萌。(Gameboy 系列有 Gameboy Color 和 Gameboy Advanced 两个升级版, GBA直接就 ARM7指令集了,虽然非常非常想做但那还是太不自量力了。) 在我抱着对巨大工作量的恐惧浏览 NES 相关资料的时候,发现了一个神奇的东西 —— Chip-8。

这是一个1970年提出的解释性编程语言(interpreted programming language),运行在专用的 CHIP-8 Virtual Machine 上, 为了帮助人们更方便的开发游戏。 Developer: Joseph Weisbecker. 当然,重点是, Chip-8 大约是我目前可以实现的最简单的实际存在的仿真项目了。 So just work on it, let's go.

相关资源

英文教程 How to write an emulator (CHIP-8 interpreter)

技术文档 Cowgod’s Chip-8 Technical Reference v1.0

游戏ROM合集包 Chip-8 Games Pack

Github 项目 Chip-8 Emulator

中文教程 手把手教你编写游戏模拟器 - Chip8篇(1)

js聪明地绘图 requestAnimationFrame for Smart Animating

一些游戏的说明 David Winter's CHIP-8 emulation page

Chip8 到 Super Chip8 SUPER-CHIP v1.1

机器概览

首先要找到关于 Chip-8 VM 的详细信息, 以下内容整理自维基百科

内存

CHIP-8 有 4K(0x1000) 内存, 8 位字长(chip 8 的由来)。 CHIP-8 解释器占据内存前 512 字节(0x200), 最高的 256 字节(0xF00-0xFFF)为显示刷新预留,它下面的 96 字节(0xEA0-0xEFF)为堆栈、内部使用和其他变量保留。

在现在的实现中,解释器作为外部代码不需要再放在内存中运行, 但一般会在低 512 字节中存储字体数据。

寄存器

CHIP-8 有 16 个 8 位寄存器, 从 V0VFVF 寄存器作为一些指令的标志位, 应当避免使用。 (加法中进位标志, 减法中无借位标志,绘图中与像素碰撞有关)

地址寄存器的名字叫做 I, 有 16 位字长,与几个内存操作指令有关。

堆栈

堆栈只在子程序被调用时存储返回地址。 现在的实现通常有最少 16 层。

计时器

CHIP-8 有两个计时器。 它们以 60 Hz 的速度 count down,直到 0 。

  • 延迟寄存器: 用于为游戏中的事件计时,它的值可以被设置和读取。
  • 声音寄存器: 用于声音效果,如果它的值不是0,发出蜂鸣。

输入

输入设备是一个 0 到 F 的 hex keyboard 。 其中 8462 通常被用于方向输入。 有三条指令用于检测输入。 一个是当某个特定键被按下时跳过一条指令,另一个在没有按键时跳过一条指令。 第三个等待一个键盘输入, 并把它保存在一个寄存器里。

图形与声音

原生的 CHIP-8 显示分辨率为 64×32 像素, 单色。 图像通过向屏幕绘制宽 8 ,高 1 到 15 的 sprites 实现。 Sprite 像素与对应位置屏幕上的像素点异或, 因此是在反转屏幕对应位置的像素点。 在一个 sprit 被画出时,如果屏幕上有像素点从亮变暗, VF 寄存器就会被设置为 1 ,否则为 0 。 这被用于碰撞检测。

声音部分在声音寄存器中说过。

操作码表

CHIP-8 有 35 个操作码,全部是 2字节长, 以大端法储存。 下面是列表,标志如下:

  • NNN: 地址
  • NN: 8 位常数
  • N: 4 位常数
  • X and Y: 4 位寄存器标识符
  • PC : 程序计数器
  • I : 内存寻址用16位寄存器

懒的翻译了……表格详见维基百科


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