Chip-8 에뮬레이터 작성

최신 컴퓨터에서 레트로 게임을 해본 적이 있다면 에뮬레이터가 무엇인지 알 것입니다. Chip-8은 원래 Joseph Weisbecker에 의해 만들어진 해석된 프로그래밍 언어입니다. Chip-8 프로그램은 가상 머신에 의해 해석됩니다. 매우 단순한 흑백 그래픽을 제공하며 4Kb의 메모리를 사용합니다. CPU 레지스터와 같은 모든 시스템 구성 요소의 크기가 8비트 또는 1바이트이기 때문에 "8"부분이 있습니다.

에뮬레이터란 무엇입니까?

에뮬레이터의 개념은 모든 운영 체제에서 동일합니다. 기본적으로 한 시스템의 지침을 다른 시스템으로 변환하려고 합니다. 번역 과정은 크게 세 부분으로 이루어집니다.

opcode를 가져오는 중

연산 코드 디코딩

opcode 실행 중

이 세 단계는 시스템의 주요 구성 요소인 CPU에서 발생합니다. 첫 번째 단계는 프로그램에서 작업 코드를 읽고 CPU가 이 코드를 해독한 다음 그에 따라 실행하는 것입니다.

칩-8

우주 침략자들

흥분하기 전에 시스템이 어떻게 작동하고 작동하는지 이해해야 합니다. 2진수 및 16진수 변환에 익숙해지십시오. 프로그램을 디버깅할 때 hex 뷰어가 유용할 수 있습니다.

CPU 및 메모리

Chip-8은 각각 최대 8비트(1바이트)의 정보를 취하는 16개의 CPU 레지스터가 있는 간단한 시스템입니다. 프로그램 카운터, I 레지스터, opcode 자리 표시자 및 스택 포인터는 모두 16비트(2바이트)의 크기를 갖습니다. 메모리는 4Kb 메모리로, 처음 512Kb는 인터프리터용으로 예약되어 있어 Chip-8용으로 작성된 대부분의 프로그램은 위치 512에서 시작합니다. 최소 16레벨 스택 포인터가 필요하며 이는 프로그램 카운터 레지스터.

타이머

60에서 0까지 카운트다운하는 두 개의 타이머가 있습니다. 지연 타이머는 프로그램 이벤트에 사용되며 값을 설정하고 읽을 수 있습니다. 그리고 0에 도달할 때마다 경고음을 재생하는 사운드 타이머. 모든 작업 실행 후 두 타이머 모두 1씩 뺍니다.

입력

Chip-8은 일반적으로 다음에 매핑되는 16개의 입력 키(0x0-0xF)를 사용합니다.

1 2 3 C 1 2 3 4
4 5 6 D --\ Q W E R
7 8 9 E --/ A S D F
A 0 B F Z X C V

일반적으로 '2', '4', '8' 및 '6'은 방향에 사용됩니다.

제도법

Chip-8에는 32x64 픽셀의 흑백 디스플레이가 있습니다. 스프라이트를 사용하여 화면에 그래픽을 그립니다. "스프라이트는 원하는 그림의 이진 표현인 바이트 그룹입니다."최대 15바이트를 차지할 수 있습니다. Chip-8은 0에서 F까지의 16진수를 나타내는 미리 정의된 스프라이트 세트를 제공합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

  "1" | Binary | Hex
------+----------+-----
  * | 00100000 | 0x20
 ** | 01100000 | 0x60
  * | 00100000 | 0x20
  * | 00100000 | 0x20
 *** | 01110000 | 0x70

  "F" | Binary | Hex
------+----------+-----
**** | 11110000 | 0xF0
* | 10000000 | 0x80
**** | 11110000 | 0xF0
* | 10000000 | 0x80
* | 10000000 | 0x80

이러한 스프라이트는 메모리의 예약된 인터프리터 영역 0-512에 저장되어야 합니다.

구현

큰 그림부터 시작하십시오. 컴퓨터는 어떻게 작동합니까? 컴퓨터를 부팅하면 구성 요소 및 장치 초기화가 시작됩니다. 여기에는 입력, 출력, 그래픽, CPU 등이 포함됩니다. 그런 다음 시스템을 로드하고 명령 실행을 순차적으로 시작합니다. 메인 루프는 다음과 같아야 합니다.


#include // Chip-8 system
#include // Input
#include // Graphics

int main(int argc, char **argv) {
    initChip8();
    initInput();
    initGraphics();

    loadROM("INVADERS");

    while(systeIsRunning) {
        // Execute instruction
        executeOP();

        // Refresh display if flag is set
        if (drawFlag)
            drawGraphics();

        // Play beep if flag is set
        if (playSound)
            playBeep();

        // Set input and set keys states
        setInput();
    }
    return 0;
}

Chip-8은 명령을 로드하고 실행하는 방법을 구현해야 합니다.


void initChip8() {
    // initialize system
    // memory
    // registers
    // stack
    // graphics
}

void loadROM(file) {
    // read file into memory
    // starting from location 512Kb
    // or 0x200 in hex
}

void executeOP() {
    // fetch opcode
    opcode = (memory[pc] << 8) + memory[pc + 1];
    // decode opcode
    switch (opcode & 0xF000) {
        // execute opcode
        case 0x0:
            if (opcode == 0x00E0)
                clearDisplay();
            elseif (opcode == 0x00EE)
                // return from subroutine
        case 0x1:
        .
        .
        .
        case 0xF:
    }

    // timers
    if (delay_timer > 0)
        --delay_timer;
    if (sound_timer > 0) {
        if (sound_timer == 1)
            playSound();
        --sound_timer;
    }
}

입력 및 그래픽은 사용할 라이브러리에 따라 다릅니다. 나는 크로스 플랫폼이고 매우 잘 알려져 있고 많은 문서가 있기 때문에 이 두 가지를 위해 SDL2을 사용했습니다. 내 Chip-8 구현here을 참조할 수 있습니다.