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模拟器制作流程
[ 第一步之前的那一步! ] [ 第一步 - 收集资料 ] 1.0 你有什么? 1.1 别人有什么? [ 第二步 - 整理所获得的资料 ] [ 第三步 TVGAME 硬体的运作方式 ] 3.1 硬体周边分类 3.2 CPU及MEMORY MAP 3.2.0 CPU的功能与地位 3.2.1 MULTI-PROCESSOR的系统: 3.2.2 看起来不一样,实际又是大同小异的CPU 3.2.3 MEMORY MAP的功能 3.2.4 ROM IMAGE 3.2.5 CPU与其他周边沟通方式 3.2.6 DSP的功能 3.3 PPU(图形处理单元运作)方式 3.3.0 PPU(图形处理单元)的功能及地位 3.3.1 PPU的组成 3.3.2 VBLANK & HBLANK 3.4 SPU(声音处理单元)运作方式: 3.4.0 SPU(图形处理单元)的功能及地位: 3.4.1 SPU的组成: 3.4.2 与PPU的不同处: 3.4.3 声音处理器专用DSP的功能: 3.4.4 声音处理器的指令: 3.5 ROM & RAM AREA 3.5.0 SYSTEM ROM: 3.5.1 没有SYSTEM ROM的基版: 3.5.2 GAME ROM 3.5.3 以光碟做媒介的ROM -- CD ROM: 3.5.4 GAME ROM的MAPPER 问题: 3.5.5 如何开发游戏: 3.5.6 ROM中的程式如何控制硬体: 3.6 摇杆控制装置及钱币计数器等NMI的处理 3.6.0 摇杆通知CPU有按键按下的原理: 3.6.1 MEMORY MAP中分配给摇杆控制装置的方式: 3.6.2 钱币计数器,START键等NMI的处理: 3.6.3 非数位式摇杆的输入: 3.6.4 钱币计数器,START键等NMI的处理: 3.7 RESET处理 3.7.0 加入RESET的原因: 3.7.1 RESET的流程: 3.8 DIP SWITCH 3.8.0 加入DIP SWITCH的原因: 3.8.1 DIP SWITCH的作用方式: 3.9 BACKUP DEVICE 3.9.0 需要BACKUP DEVICE的原因: 3.9.1 存取BACKUP DEVICE的方式: 3.A DMA CONTROLLER 3.A.0 什么是DMA(DIRECT MEMORY ACCESS) CONTROLLER? 3.A.1 DMA的运作方式: 3.B 光碟机装置 3.B.0 使用CD-ROM DRIVER的原因: 3.B.1 CD-ROM的存取方式: 3.C 其他周边 [ 第四步 模拟器的运作方式 ] 4.0 模拟器与真实的硬体还是有差距的 4.1 CPU的处理 4.1.0 CPU CORE 4.1.1 套用现成的CPU CORE : 4.1.2 自己做一个CPU CORE: 4.1.3 MULTI-PROCCESSOR的场合: 4.1.4 CPU与其他周边沟通方式的处理 4.1.5 DSP的处理 4.2 MEMORY MAP的处理 4.3 PPU的处理 4.3.0 PPU的处理 4.3.1 实际绘图的动作: 4.3.2 SCREEN REFRESH 4.4 SPU运作方式: 4.5 摇杆控制装置及钱币计数器等NMI的处理 4.5.0 MEMORY MAP中处理摇杆控制装置的方式: 4.5.1 特殊指向装置的处理: 4.5.2 钱币计数器,START键等NMI的处理: 4.6 RESET处理 4.7 DIP SWITCH作用处理方式: 4.8 DMA CONTROLLER运作处理方式 4.9 光碟机装置存取方式: 4.A 档案处理: 4.A.0 档案载入 4.A.1 LOAD HISCORE FILE 4.C.2 LOAD/SAVE 随时记忆档 4.B 特殊功能: 4.B.0 抓图 4.A.1 抓音乐档 4.B.2 GUI 4.B.3 CHEAT CODE 4.B.4 CHEAT TOOL 4.B.5 DISASM 4.C 可携性版本,WINDOWS版本,更先进的模拟器架构 4.C.0 可携性的研究 4.C.1 WINDOWS版本 4.C.2 更先进的模拟器架构 [ 第五步 如何偷别人的程式及与别人交换意见 ] 5.0 如何偷别人的程式 5.0.0 模仿是进步最快的方式: 5.0.1 哪里找得到模拟器原始码? 5.0.2 看得懂别人的程式也不是件容易的事: 5.1 和别人交换意见: [ 第六步 实际撰写一个模拟器 ] [ 第七步 测试,除错及版本更新 ] 7.0 测试与除错是一条漫长的道路: 7.1 自己测试的盲点: 7.2 版本更新: 7.3 最少保留一份每一个版本的原始档及执行档: [ 第八步 撰写说明文件 ] [ 第九步 公开你的版本 ] 9.0 建立个人网页: 9.1 投稿至模拟器新闻性网页! [ 后记 ] [ 常用名词解释 ] ------------------------------------------------------------------------ [ 第一步之前的那一步! ] 为什么你想做一个模拟器?练习程式语言?还是你想玩很难玩到的游戏?还是你只 是单纯的想做一个模拟器?动机会影响你的热衷度,同时你也必须选定一个明确 的目标,模拟一个ARCADE的游戏,还是游戏主机?一旦选定了明确的目标,你一定 要下定决心,否则便没有完成这个模拟器的机会!在撰写模拟器时,你会遇到很多 困难,像找不到资料;为了除错,几天都很难睡觉!就算是写好了,放出来也还有一 堆莫名其妙的人抱怨一些有的没的!你唯一的报酬可能就只有成就感而已,或者 加上能玩到已经玩不到的游戏.如果你还愿意去写一个模拟器,我真的十分佩服 你! ------------------------------------------------------------------------ [ 第一步 - 收集资料 ] 1.0 你有什么? 在你想写模拟器之前,你必须要真实的检视你自己的资源,你会什么程式语言? 你对所模拟的硬体认识多少?你了解计算机内部运作的方式吗?你看不看得懂硬 体线路图?这些会影响你写不写得出一个完整的模拟器!其实程式语言的影响 也不是那么严重,还是有人可以用QUICK BASIC写出模拟器,只是效率实在不好 而已,但是其他的因素却是影响这个模拟器写不写的出来! 1.1 别人有什么? 你需要去找你想要模拟的硬体的资料,你有哪些要找的呢? A.使用何种CPU?基版上面有多少特殊的晶片?时序速度多少?有多少相关资料? B.有没有硬体概图(Schematics)?有没有DIP SWITCH的资料? C.有没有MEMORY MAP?有没有软体的其他相关资料? D.有没有别人已经写好的模拟器原始档? 你可到哪里找? A.新闻讨论区! B.模拟器网页的留言版! C.模拟器新闻网页-可以知道是否有模拟器提供其原始档! D.模拟器程式发展资源网页-可以收集到许多前人写好的文件! E.别人的模拟器网页-也许有额外的连结可以让你找到多一点资讯! F.如果是游戏主机,到官方网页也许有意想不到的资料! 还缺了什么? A.CPU 手册,反组译工具! B.也许你会需要电子元件手册,供你分别或查询元件的用途及接脚定义等! C.适当的程式语言,适当的函式库(节省开发时间)! ------------------------------------------------------------------------ [ 第二步 - 整理所获得的资料 ] 在搜集到所有能收集的资料之后,依照我们要的部份加以分类: 硬体: A.CPU种类&速度!次系统处理器种类&速度! B.Schematics,DIP SWITCH,硬体线路,电路图等! C.MEMORY MAP,摇杆接脚定义! D.基版上的SYSTEM ROM! E.特殊晶片的设计资料!例如图形处理晶片,声音处理晶片等! F.画面处理的方式,图形及声音编码方式等! 软体: A.CPU手册,反组译工具,CPU模拟程式等! B.游戏ROM!SYSTEM ROM! C.特殊晶片的模拟程式! D.别人的模拟器程式,可以&偷&或是看看别人的写法! E.函式库手册等! ------------------------------------------------------------------------ [ 第三步 TVGAME 硬体的运作方式 ] 3.1 硬体周边分类 一般说来,你可以把整个TVGAME硬体分为: A.CPU: 一般是廉价的泛用处理器,例如,Z80等!用来指挥整个硬体的 运作!复杂的系统甚至以多处理机协同处理!例如TAITO的双68000系统,SS 的双SH-2系统! B.PPU(图形处理单元,VDP,GPU): 专职于图形的处理!包含PICTURE PROCCESSOR,专用RAM,专用ROM,数位类 比转换器等!常见名称的有PPU(PICTURE PROCCESS UNIT),GPU(GRAGHIX PROCESS UNIT),VDP(VIDEO DATA PROCCESSOR),以下都使用PPU代替! C.特殊DSP晶片 一种能快速计算数值的晶片,用来协助处理资料! D.SPU(声音处理单元,APU): 专职于声音的处理!包含SOUND PROCCESSOR,专用RAM,专用ROM,专用DSP, 声音晶片,数位类比转换器等!名称也很多,SPU(SOUND PROCCESS UNIT), APU(AUDIO PROCEESS UNIT ),以下用SPU代替! E.ROM AREA:储放ROM的区域! 1.SYSTEM ROM: 类似于PC 中BIOS+OS的地位,提供开机检查,常用函式等! 2.GAME ROM: 真正游戏的程式区域!家用主机把图形,声音,及其他资料储放在一起! 但是ARCADE游戏通常会分开储放!如果细分的话,可以分为: a.GRAPHIC ROM:储放游戏图形资料! b.SOUND ROM:储放声音资料! 3.储放其他资料的ROM! F.MAIN MEMORY,WORK RAM 就是主记忆体! G.光碟机及控制周边! 只有以光碟作为储存媒介的主机才有! H.摇杆等控制装置: 摇杆输入,RESET,钱币计数器等! I.BACKUP DEVICE: 电池记忆,记忆卡之类的装置! J.基版控制周边,DMA装置,外部扩充界面及装置等! K.硬体其他周边,萤幕,电源供应器等! 当然也不是每一个TVGAME系统都这么完整,越早期的家用主机或ARCADE基版就 简单一点!现在的家用主机或是ARCADE 系统基版就十分复杂,这都是你在搜集 资料时一定要找到的,有些是模拟器一定会用到的,甚至影响模拟器的完成度, 有些则是模拟器可省略的,例如萤幕,电源供应器等!以下对于会使用在模拟器 上的装置作一下说明! ------------------------------------------------------------------------ 3.2 CPU及MEMORY MAP: 3.2.0 CPU的功能与地位: 对整个TVGAME或是ARCADE来说,CPU应该算是&导演&的工作,而ROM IMAGE则是 导演手上的剧本,用来指挥周边的动作.指挥别人,当然可以不用太高级,只要 足够就行了!画面表现的好坏,声音处理的好不好,与CPU的关系较少!但是如果 周边的处理比CPU快太多,让周边老是等待也不好,同时,有一部份工作也必须 由CPU处理,所以CPU也不可能太慢!把价格与运算能力做考量依据,才选出适用 的CPU!常见的有,Z80等! 3.2.1 MULTI-PROCESSOR的系统: MULTI-PROCESSOR的系统就是指这个系统中含有两个以上的CPU,例如SS就是由 两个SH-2所组成的,依照CPU分工的不同,可以分为: A.MASTER/SLAVE(非对称结构): 只有一个CPU(MASTER)负责IO的工作,计算的工作则每个CPU都能执行!同 时只有MASTER CPU能执型O.S.,而SLAVE CPU则是以中断要求MASTER的服 务! B.SEPERATE EXECUTIVES: 每个CPU有自己的OS,INTERRUPTS,CPU种类及OS种类均允许不同,不能共同 处理同一工作! C.SYMMETRIC ORGANIZATION: 由一个OS整合管理所有的处理机,称为PROCESSOR POOL,每个CPU皆能存取 任一I/O DEVICE及储存单元! 如果你想做的是MULTI-PROCESSOR的系统,必须要先搜集CPU间的关系,沟通方 式,例如SS就是一个MASTER/SLAVE的系统! 3.2.2 MEMORY MAP的功能: 正如家家都必须要有不同的地址,才能把邮件送到正确的地方,CPU也需要相同 的机制,用来存取到正确的资料,处理机所使用的方式是加上位址线,连接至位 址汇流排,再连接至RAM,ROM,其他装置等!位址汇流排宽度决定了CPU所能定址 的最大空间,这空间,你可称为&定址空间&!实际上不同的定址模式会影响定址 空间,不过这里我们就假装不知道吧! 为了存取方便,需要将定址空间做一番规划,规划之后的定址空间,称之为MEMORY MAP!把定址空间分成一段一段的,把每一段都赋予不同的用途!例如下面是SFC的 MEMORY MAP! SNES Documentation v2.30: Written by Yoshi ---------------------------------------------------------------------------- |Here's a really basic memory map of the SNES's memory. Thanks to Geggin of | |Censor for supplying this. Reminder: this is a memory map in MODE 20. | |----------------------------------------------------------------------------| |Bank |Address |De
ion | |-------|--------------|-----------------------------------------------------| |$00-$3F|$0000-$1FFF |Scratchpad RAM. Set D-reg here if you'd like (I do) | | |$2000-$5FFF |Reserved (PPU, DMA) | | |$6000-$7FFF |Expand (???) | | |$8000-$FFFF |ROM (for code, graphics, etc.) | |$70 |$0000-$7FFF |SRAM (BRAM) - Battery RAM | |$7E |$0000-$1FFF |Scratchpad RAM (same as bank $00 to $3F) | | |$2000-$FFFF |RAM (for music, or whatever) | |$7F |$0000-$FFFF |RAM (for whatever) | ---------------------------------------------------------------------------- 不只是TVGAME及ARCADE,IBM PC也有同样的机制,例如DOS的0KB-640KB-1024KB 规划! 3.2.3 看起来不一样,实际又是大同小异的CPU: 这里先暂且搁下MEMORY MAP不谈!回到CPU,如果你有机会看到SNK NEOGEO/MVS 系统的基版的话,从文件上知道,它应该是MOTOROLA 68000的CPU,不过你就是找 不到长方形的MOTOROLA 68000 CPU,因为SNK特别订制这颗CPU,把68000及两个 PPU作在一起,成为一颗VLSI!实际上,有很多机器都是以这样的方式制作,订制 成VLSI!在写模拟器时,只需要知道它的解码方式等同于MOTOROLA 68000 CPU 就可以了! 还有一种形式是DECODE及执行结果等同于其他CPU,最明显的例子就是FC用的& 65C02&,事实上它与真正的6502不太一样,只是编码及执行结果等同于6502!在 写模拟器时,仍然需要知道它的解码方式等同于6502就行了! 3.2.4 ROM IMAGE: 一般TVGAME及ARCADE游戏,都是把程式或资料烧录在ROM中-不论是ROM IC颗粒 ,还是CD-ROM!很明显的,除了CD-ROM之外,没有办法直接读取其中的指令或资 料(即便是CD-ROM也可能自己搞奇怪格式,所以也可能无法读取),所以需要使 用ROM DUMPER,把ROM中的指令或资料DUMP成二进位制档案,称为&ROM IMAGE&! 因为所使用的机器语言不同(或者粗略的称为CPU不同),ROM IMAGE的内容目前 对PC并不具任何意义,所能做的也只局限在COPY,MOVE,EDIT HEX,或是ZIP起来 ,类似于图形档的处理,即便它是一个受欢迎的游戏!直到有适用的模拟器出现 ,ROM IMAGE才有价值--拿来玩游戏!把ROM做成ROM IMAGE,在大部分情况下都 算是比较简单,所以ROM IMAGE多,而对应的模拟器少,作ROM IMAGE只要有机器 就行,但是没人写模拟器就是白搭! 回到ROM IC上,ROM上烧录的当然是程式或资料,问题是给谁的资料!如果不考 虑有些基版有SYSTEM ROM的情况(留待SYSTEM ROM区再讨论)!ROM一般都是给 CPU的资料,所以指令都是CPU的机器语言,存取到资料区时,即便可能是给另外 PPU或SPU所使用的指令,对于CPU而言,这些仍然视作&资料&而不是&指令&!等 到这些&资料&传递给对应PPU或SPU时,才会变成&指令&! 3.2.5 CPU与其他周边沟通方式: 这里必须要先解释&MEMORY MAPPED I/O&!所谓MEMORY MAPPED I/O&是指I/O界 面位址和记忆体位址使用相同的位址空间,此时界面暂存器是记忆体系统的一 部份!界面单元和记忆体使用相同指令存取,资料位址指到记忆体,即是和记忆 体沟通;如果指到界面暂存器位址范围即是要进行I/O动作! 大部份的TVGAME及ARCADE都是设计成MEMORY MAPPED I/O,以这种方式对其周 边作存取动作,所以知道你所要模拟的系统的MEMORY MAP是很重要的事!尤其 是对PPU,SPU的存取(设定执行某一特定功能,或传递图形或声音资料),知道 细部的MEMORY MAP结构,及每个BIT的用途,才能正确的模拟出PPU,SPU的功能! 在MEMORY MAP中,属于PPU,SPU功能的段落的位址上的字组中,每一个BYTE上的 每一个BIT都有特定的用途,这些就是CPU与周边沟通的窗口!CPU把设定好的资 料,写入到正确的位址,就等于是叫PPU,SPU执行某一个特定的功能!详细的执 行这些功能的时机,我没有找到资料!比较可能执行时机可能为两种,一是CPU 直接中断PPU,SPU,然后PPU,SPU检查这些窗口,执行对应的功能!一是PPU,SPU 在定期中断CPU时,同时检查这些窗口,再执行对应的功能!不过写成模拟器时, 都是在CPU暂停的期间,PPU,SPU再去检查这些窗口,执行对应的功能! 3.2.6 DSP的功能 在大部分的情况下,CPU不需要处理大量的数字资料,所以在选择CPU时,一般并 不刻意挑选数值处理速度极快而高价的CPU,而是在CPU之外,另外搭配高速的 DSP,协助CPU处理数值资料,类似于PC上的FPU,当然PC现在都是内建的,在386 及486SX的时代,FPU是选购项目!在特殊的情况下,DSP是属于可加入式的,例如 SFC便是可在卡匣上加装DSP协助CPU处理大量多边型的运算,而不是固定在基 版上,因为它并不是必要的!不过因为需要处理的资料越来越多,新一代的TV GAME及ARCADE系统都内建了DSP,以免数值资料处理过慢,拖累整个执行速度! 在你找资料时,也必须找到CPU与DSP沟通的方式,DSP如何处理资料,以模拟出 DSP的功能! ------------------------------------------------------------------------ 3.3 PPU(图形处理单元运作)方式: 3.3.0 PPU(图形处理单元)的功能及地位: PPU是整个TV GAME/ARCADE系统的重心,游戏画面能做到多炫,特效多少,完全 都是由PPU去表现!而CPU只是负责指挥的工作,所以使用同一个CPU的系统,如 果所使用的PPU能力不同的话,所呈现的效果也将有很大的不同!这是模拟器所 要模拟的重心,整个模拟器完成度几乎全取决于PPU及SPU是否能模拟的完美! 3.3.1 PPU的组成: 包含PICTURE PROCCESSOR,专用RAM,专用ROM,数位类比转换器等!简图如下: PPU ┌───┐ +---------------------------+ ├───┤ | ┌───┐ | │DATA ├─┬──────┬─┬┤RAM │ | ├───┤┌┴─┐| ┌─┴┐││(VRAM)│ | │ ││CPU ├──┤PP ││├───┤ | │ ││ │| │ │├┤ROM │ | │ │└──┘| └──┘││ │ | │ │ | │├───┤ | └───┘ | ││DAC │ | ROM&RAM | └┤ ├──── VIDEO OUT | └───┘ | +---------------------------+ CPU透过MEMORY MAP中的各个窗口,与PP(图形处理器,PICTURE PROCCESSOR)沟 通并设定欲执行的功能!PP便到从ROM&RAM中搬移所要处理的资料到自己的RAM 中!接下来是功能解码,再从ROM中找出应该执行的指令,依序执行之后,写回RAM ,待萤幕更新周期时,由DAC(数位-类比转换器)转换成MONITOR能接受的讯号, 显示到萤幕! 3.3.2 VBLANK & HBLANK: 由于萤幕(MONITOR)的更新是由电子束打在对应的点,让点上的萤光质发光,藉 以显示出要显示的图形!电子束打的方式是一个接着一个,由左至右,由上至下 ,因为视觉暂留的现象,人眼看到的就是整个萤幕的图形!电子束从每一行的最 右边回到下一行的最左边,这一段时间称为H-BLANK,水平空白期!同样的,电子 束会从右下角再回到左上角,准备做下一次整个萤幕的更新,这一段时间称为 V-BLANK,垂直空白期!HBLANK与VBLANK的时间长短与移动的距离有关,行移动 的HBLANK时间较短,而VBLANK的时间较长,所以PPU使用VBALNK时间做一些工作 是很重要的事!这也是写模拟器及搜集资料时非常重要的一部份! ------------------------------------------------------------------------ 3.4 SPU(声音处理单元)运作方式: 3.4.0 SPU(图形处理单元)的功能及地位: 与PPU一样,SPU用来专职处理声音.在比较古早的系统中,一般并不另外搭配专 用的处理器,而是由CPU直接控制.不过因为声音资料日益增多,于是另外搭配 专用的处理器,以减轻CPU的负担!随着CPU速度的加快,所搭配的SOUND CPU也 日益高级,从Z80,变成MOTOROLA 68000,逐渐变快! 3.4.1 SPU的组成: 包含SUUND PROCCESSOR,专用RAM,专用ROM,专用DSP,数位类比转换器等!简图 如下: SPU ┌───┐ +---------------------------+ ├───┤ | ┌───┐ | │DATA ├─┬──────┬─┬┤RAM & │ | ├───┤┌┴─┐| ┌─┴┐││ROM │ | │ ││CPU ├──┤SP ││├───┤ | │ ││ │| │ ├┴┤SOUND │ | │ │└──┘| └──┘┌┤CHIP │ | │ │ | │├───┤ | └───┘ | ││DAC │ | ROM&RAM | └┤ ├──── SOUND OUT | └───┘ | +---------------------------+ 大致上与PPU的组成是一样的! CPU透过MEMORY MAP中的各个窗口,与SP(声音处理器,SOUND PROCCESSOR)沟通 并设定欲执行的功能!SP便到从ROM&RAM中搬移所要处理的资料到自己的RAM中 !接下来是功能解码,再从ROM中找出应该执行的指令,依序执行并指挥声音晶 片(SOUND CHIP)产生实际的声音资料,传递给DAC转换成声音讯号! 3.4.2 与PPU的不同处: 最大的不同处在于MONITOR还有VBLANK&HBLANK可以做很多事!SPU则必须不间 断的产生声音输出,同时声音晶片的模拟也是一大问题,这是模拟器的一大障 碍,所以模拟器一般都是发展到一定阶段了,机器的等级也到一定速度了,才逐 渐加入声音的支援! 3.4.3 声音处理器专用DSP的功能: 因为所选用的声音处理器不一定适于处理声音资料,尤其是FM与PCM有极大的 不同,PCM需要更强大的数值运算能力,因此有些系统会加入声音处理器专用 DSP,协助声音处理器处理PCM的运算!这也是搜集资料时的重要部份! 3.4.4 声音处理器的指令: 一般来说,CPU传给声音处理器的资料,将会是这个声音处理器的指令.所以必 须加入CPU CORE处理指令解码,例如是Z80的,就必须加入一个Z80的CPU CORE, 用来处理声音资料,同样有频率及定址空间的设计,整个SPU基本上就是一个隐 含的完整电脑系统! ------------------------------------------------------------------------ 3.5 ROM & RAM AREA 3.5.0 SYSTEM ROM: 在某些TVGAME或ARCADE基版上会加入所谓SYSTEM ROM,这个SYSTEM ROM有几种 功能: A.执行开机检查程式及O.S.! B.储放重要或常用函式! C.储放PPU,SPU常用函式! D.储放中断向量及中断处理常式 这样的作法,明显的可以减轻GAME ROM的成本,不用每一个GAME ROM都需要挪 出空间放置这些程式,而使得成本降低!简单的说,SYSTEM ROM就等于是PC上的 作业系统!通常设置的目的是方便游戏开发人员能方便的使用一些特殊或常用 函式,基版设计厂商则必须尽量加入需要的功能函式!所以,如果你想写的主机 上有SYSTEM ROM的话,你必须想办法DUMP下来,因为不管是CPU,或者可能有PPU ,SPU都会存取到这里,执行这里的程式! 3.5.1 没有SYSTEM ROM的基版: 大部分为单一游戏或非系统基版的情况!必须在GAME ROM中拨出空间放置等同 于SYSTEM ROM功能的程式,因为是单一游戏,可以依个别情况撰写,空间的损失 并不大!通常会在基版开机时,就会从ROM中载入并执行开机检查程式! 3.5.2 GAME ROM 除去了SYSTEM ROM的部份,剩下来的就是GAME ROM的部份,按照功能可以分成: A.PROGRAM AREA 程式区: 提供CPU指令的区域! B.GRAGHIX DATA AREA 图形资料区 : 提供PPU图形资料的部份! C.SOUND DATA AREA 声音资料区: 提供SPU声音资料的部份! D.其他资料区 不同的基版设计,处理这些ROM的方式也不同!以家用主机大部分的设计来说, 所有的ROM DATA是按照其位址分开的,从外观上不易看出,DUMP时也都是直接 DUMP成一整个ROM IMAGE FILE(目前只有FC有分开DUMP的ROM IMAGE FILE出现 )!其原因应该是卡匣的体积,面积有限,不适于分开放置! ps: 这也可能是DUMP工具的问题,家用主机的ROM DUMPER(或称为ROM COPIER)比 较常见的都并不是一个ROM IC一个ROM IC的DUMP! 相对于家用主机的情形,ARCADE则是能够从ROM IC放置的区域分别出这颗ROM IC的内容及用途!一般来说,在DUMP这些基版的ROM IC时,都会按照其用途或 SCHEMATICS 上的编号命名,方便识别及载入至正确位址! 3.5.3 以光碟做媒介的ROM -- CD ROM: CD ROM的处理方式与一般的卡匣或是基版上的ROM IC载入的方式并不相同!因 为必须从CD ROM中分段载入所需要的程式段,图形资料段,声音段!所以分区的 情况不明显,而是以当时游戏进行的状况处理! 3.5.4 GAME ROM的MAPPER 问题: 如果你是准备写家用主机的模拟器的话,所要面临的便是可能出现一个ROM MAPPER 问题,ROM MAPPER问题是指MEMORY MAP中提供给ROM的区域比实际ROM 的容量还小,于是必需存在一个切换ROM BANK的暂存器(以MEMORY MAPPING I/O 方式读写)或是其他的机制,利用这些机制与MEMORY MAP中的ROM 区域而使得 能读取到更大的GAME ROM!这些机制就被称为MAPPER,模拟出MAPPER的机制就 是MAPPER问题!目前这个问题仍然困扰着FC模拟器的作者们,因为已知的MAPPER 格式就超过40种,不管是不支援某一种MAPPER或是MAPPER程式写的不好,这都 不能使你的模拟器完美!是你在搜集资料时必须注意到的! 3.5.5 如何开发游戏: 一般来说,主机公司会提供开发工具,提供游戏厂商开发游戏!游戏厂商利用开 发工具,撰写高阶的原始程式,绘制图形,编写乐谱及音效等,经过DEBUG后,把 全部的档案经过排列之后做成转烧成ROM IC,或是直接压制成CD! 3.5.6 ROM中的程式如何控制硬体: 应该有三种方式: A.直接控制: 在开发时撰写低阶的硬体直接控制程式,理论上效能较快且可能创造出不 同的效果!游戏厂商需对硬体有相当认识,同时开发较不易! B.呼叫SYSTEM ROM中的函式: 算是一种间接控制的方式.写高阶程式但是以呼叫SYSTEM ROM中的函式来 控制硬体!SYSTEM ROM中的函式因为容量因素,肯定不会大到哪去也不会 太多,游戏厂商还是大部分需要自己写!效能亦相当不错! C.利用开发工具中内附的函式: 利用开发工具是最方便的方式,开发工具内附的函式到最后仍然会展成前 面两种方式控制硬体!不过开发工具的良窳会影响到游戏的开发,这点也 是很重要! 实际上通常都是这三种方式交叉使用,端看游戏厂商的能力! ------------------------------------------------------------------------ 3.6 摇杆控制装置及钱币计数器等NMI的处理 3.6.0 摇杆通知CPU有按键按下的原理: 当有按键按下时,连接在基版的控制晶片会发出对CPU发出一个中断讯号,并且 把按键资讯写入到分配在MEMORY MAP中的位址!CPU接收到这个中断讯号之后, 中断现在的工作,先处理按键输入!处理完之后,在回到中断前的程式,并根据 接收到的按键讯息做反应!看起来会像这样: ┌───┐ │ │ ┌──┐ ┌────┐ ├───┤ │摇杆├─┤控制晶片├─┤ ├┐ └──┘ └────┘ ├───┤│┌──┐ │ │└┤CPU ├─ 执行 │ │ └──┘ └───┘ 记忆体中存放按键资讯的位址(MEMORY MAPPED IO) 3.6.1 MEMORY MAP中分配给摇杆控制装置的方式: 因为TVGAME,ARCADE一般都是使用数位式的摇杆,也就是只有[按下]及[没按下] 两种反应,分别以1BIT代替一个按键,看起来会像这样: 上 下 左 右 B1 B2 B3 B4 ┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │7 │6 │5 │4 │3 │2 │1 │0 │ └─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ 按键多一点的用2 byte: 上 下 左 右 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 ┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │7 │6 │5 │4 │3 │2 │1 │0 │7 │6 │5 │4 │3 │2 │1 │0 │ └─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ 更多的按键的,像麻将,当然就继续加下去!几P就加几组了! 3.6.3 非数位式摇杆的输入: 就流程上基本上是与数位式摇杆相同!问题在于如何输入资料于给定的位址中 ,随着不同的摇杆会有不同的设计,这是搜集资料时一定找到的!但是找到之后 ,更严重的问题是如何对应到PC的指向装置!要是不幸找不到对应的装置,你基 本上就直接放弃好了! 3.6.4 钱币计数器,START键等NMI的处理: NMI是指&NON-MASKABLE INTERRUPT(NON-MASKED INTERRUPT)&,也就是不可遮 罩的中断!这与一般中断有何不同呢?相对于NMI,其他的中断是属于可以被暂 时忽略(称为MASK掉),CPU可稍后再处理!而NMI是CPU无论如何都必须放下手边 的工作,必须优先处理这个中断!在TVGAME系统中,PPU的VBLANK就是属于一个 NMI,因为它必须萤幕更新等动作,此时PPU必须抢到周边的使用权,它会强迫 CPU暂停手边的工作!同样的,在ARCADE系统中,像投钱,1P select,1P start, 2P select,2P start,这种动作当然是一定要优先处理!不过.有些产生NMI的 装置,如PPU,还是可以利用一些暂存器的设定,使它暂时不要产生NMI,这些暂 存器的位址,设定的方式,也是在搜集资料时要找到的! ------------------------------------------------------------------------ 3.7 RESET处理: 3.7.0 加入RESET的原因: 不管是TVGAME还是ARCADE,游戏通常都是不会停止的!问题是,还是有某些情况 必须要重新开机一次,例如:进到硬体测试画面,设定DIP SWITCH,使用某些密 技,打不赢人家耍贱,就是想重新开机等等!更重要的是,不断开关电源会可能 导致硬体损坏!所以必须要有一种机制可以暂时切断电源,使系统重新开机,这 种机制便是RESET! 3.7.1 RESET的流程: RESET的第一步当然是暂时切断电源!重新初始化CPU,周边等!载入SYSTEM ROM 进行开机测试,检查是否有需要处理特殊程序,如:进到硬体测试画面,设定DIP SWITCH!如果没有,再载入GAME ROM,开始游戏! ------------------------------------------------------------------------ 3.8 DIP SWITCH: 3.8.0 加入DIP SWITCH的原因: 因为ARCADE系统是一个赚钱的工具,一成不变的游戏在被人摸熟时,就没有人 玩了,同时还有不少游戏的参数要设定,所以需要一种方便的储存游戏参数的 工具,于是在基版上加上DIP SWITCH,只要开关拨一拨,就能设定参数!不需要 外加电源!但是新一代的基版有些就不是使用DIP SWICH,而是利用EEPROM储存 ,这样就不须要用手拨DIP SWITCH了! 3.8.1 DIP SWITCH的作用方式: 说穿了,也只不过是一些逻辑电路!但是利用程式检查电路短路与否,赋予实际 的意义,例如:投多少COIN才算一次CREDIT;设定出红血看起来暴力一点;或是 无敌之类的!不过少了设定DIP SWITCH的功能,并不会有什么问题,只是没那么 完美罢了!但是DIP SWITCH是用&手&设定的,所以如果要做DIP SWITCH就要做 设定函式代替用手拨开关!当然你还是需要找到该游戏DIP SWITCH图,才能知 道各开关的定义! ------------------------------------------------------------------------ 3.9 BACKUP DEVICE 3.9.0 需要BACKUP DEVICE的原因: 不是每一种游戏都能一次玩完的,例如RPG,SLG等,于是需要一种能保存资料的 装置!古早之前,是利用特殊编码的CODE来保存资料!不过这不是办法,越复杂 的游戏或是需要保存的资料越多,CODE会变得越来越长!于是出现划时代的装 置---利用电池提供SRAM的电源,把资料储存在SRAM中!一般称为&电池记忆&, 但是用电池还是有问题--电池是有寿命的!新一代的便是使用FLASH ROM,不须 外加电源,可重复写入! 3.9.1 存取BACKUP DEVICE的方式: 和其他装置一样,在MEMORY MAP有保留给BACKUP DEVICE的空间,只要把资料搬 过去就行了!在此之前,当然是需要先知道MEMORY MAP的空间在哪里! ------------------------------------------------------------------------ 3.A DMA CONTROLLER 3.A.0 什么是DMA(DIRECT MEMORY ACCESS) CONTROLLER? 详细的原理及机制请找计算机组织之类的书!总之就是不想让资料传输通道闲 着及减轻CPU的负担,使CPU不需要自己处理资料的搬移!于是设计了一个专门 处理资料搬移的处理器,便称为DMA CONTROLLER,处理的范围是RAM与周边I/O! 因为它也是一个处理器,所以CPU与DMA CONTROLLER的沟通是有一定程序的!如 果想写的系统也具有DMA控制器的话,就必须搜集有关DMA控制器的资料! 3.A.1 DMA的运作方式(从书上抄来的): COMPUTER ORGANIZATION & DESIGN --- DAVID A. PETERSON/JOHN L. HENNESSY DMA传送中有三步骤: A.由装置本身提供DMA,而操作命令是根据记忆体位址,位元数目并在装置上 执行资料的传送. B.DMA在装置上开始操作命令并重才汇流排.当资料可用时(从装置或记忆体 ),它传送此资料.而DMA装置对读取或写入提供记忆体位址.若在汇流排上 需求资料超过一次以上,DMA 单元将产生下一个记忆体位址并启动下一次 传送.DMA使用这种机制,在不用干扰处理机情况下,它能传送数千位元组 资料.在很多DMA控制器包含一些缓冲区允许它们在传送资料或等待成为 汇流排主控器时来处理延滞时间的可塑性. C.一旦DMA传送完成时,控制器将中断处理器,然后处理器查询DMA装置或记 忆体,是否整个操作命令成功地完成. ------------------------------------------------------------------------ 3.B 光碟机装置 3.B.0 使用CD-ROM DRIVER的原因: 随着游戏的声光效果越来越好,GAME ROM的容量也随之不断上升!原来所使用 的ROM IC在应用上已经有所困难!这个困难包括两方面,卡匣的尺寸会随着ROM IC的增加而变大,另一方面,容量越大的游戏,不是ROM IC用的更多,就是必须 改用大容量的ROM IC.而不管哪一种,显而易见地都会带来成本上升的影响,造 成卡匣价钱上升!就目前而言,解决的方式有两种:一是对资料进行压缩,仍然 使用ROM IC制成卡匣的型式,优点是保有卡匣不须等待,速度较快的优势,缺点 是就算是压缩过后,还是不一定能解决容量的问题,语音及动画都是属于不易 再压缩的资料,只好忍痛删除,例如N64!另一种解决的方式是改用CD-ROM作储 存媒体,优点是再没有容量上的限制,只要增加CD-ROM片数即可,同时成本低廉 ,价钱便宜!缺点是CD-ROM的存取时间远大于卡匣!例如:一堆次世代机! 3.B.1 CD-ROM的存取方式: CD-ROM的容量有650Mbyte,大部份使用CD-ROM DRIVER的系统,其主记忆体通常 并不足以容?#123;所有资料存放于主记忆体中,于是必须以分段读取的方式存取! ┌─────────┐ │CPU 读取某一段资料│ └────┬────┘ │ ┌────┴─────┐ │是否存在于主记忆体中│ YES └────┬─────┘ NO ┌────────┴─────────┐ │ │ ┌───┴────┐ ┌────┴─────┐ │ 从主记忆体读取 │ │ 是否存在于缓冲区中 │ └───┬────┘ YES └────┬─────┘ NO │ ┌───────┴───────┐ │ ┌───┴─────┐ ┌───────┴──────┐ │ │ 从缓冲区搬移资料 │ │ 对CD-ROM控制器提出读取要求│ │ │ 到主记忆体 │ └──────┬───────┘ │ └───┬─────┘ │ │ │ ┌──────┴────┐ │ │ │现在的碟片存在此资料 │ │ │ YES └────┬──────┘ NO │ │ ┌────────┴───────┐ │ │┌──┴──┐ ┌───┴┐ │ ││ 从目前的 │ │换片读取│ │ ││ 碟片读取 │ └─┬──┘ │ │└──┬──┘ │ │ │ │ │ │ │ └──────┬───────┘ │ │ ┌────┴───────┐ │ │ │ 资料从碟片读入至缓冲区 │ │ │ └────┬───────┘ │ │ ┌─────┴────────┐ │ │ │资料从缓冲区COPY至主记忆体 │ │ │ └─────┬────────┘ │ │ ┌─────┴───────┐ │ │ │CD-ROM控制器对CPU发出中断,│ │ └────┤通知CPU已完成读取动作! │ │ └─────┬───────┘ │ │ └─────────┬───────────┘ ┌─────┴────┐ │CPU完成资料读取动作 │ └──────────┘ 这一个流程图实际上还忽略了CD-ROM DRIVER硬体的动作,这才是真正最耗费 时间的地方! 另外这其实不太像TV GAME主机会干的事,这样的检查算起来还是太多,应该是 跳过第一个判断,因为需常驻的资料区及指令区不动,剩下的MAIN MEMORY全部 使用画面处理及声音上,旧资料全部放弃,从CD ROM中读取新资料,自然就不用 检查资料在不在!优点是分配处理画面及声音的MEMORY够大,可以作出超炫CGA 及全程语音,缺点是CD ROM DRIVER的SEEK TIME过慢及BUFFER过小时,等待时 间会很长,又需要利用画面处理的技巧解决及妥善安排档案位置解决! 无论如何你需要知道系统对CD-ROM存取的详细流程,所发出的中断要求,所分 配的MEMORY MAP位置,容量等! ------------------------------------------------------------------------ 3.C 其他周边 对于ARCADE系统中,当然还有其他的周边,我建议可以到亚站及巴站的ARCADE 版中,找寻相关的资料! 对于TV GAME系统,所剩下的就是接到TV上了! [ 第四步 模拟器的运作方式 ] 4.0 模拟器与真实的硬体还是有差距的 姑且不论模拟的像不像,好不好,从执行时的情况看来,真实的硬体是允许平行 处理的,而模拟器却是以循序的方式,轮流使用PC CPU的资源!有很多硬体的机 制是模拟器做不来的,全盘以硬体的角度看模拟器,会发现有很多东东是无法 实作的,单从模拟器的角度看硬体,也会发现文件实在漏掉太多东西!以下的大 部分内容是以解读SNES9X 1.10,MAME 35b5的原始档内容所撰写的,就SFC的硬 体而言,算是满符合上面所分类的项目,除了缺少CD-ROM DRIVER的部份之外, 此外有很多都是我个人的想法,不一定是正确的,这点一定要知道! ------------------------------------------------------------------------ 4.1 CPU的处理 当你选定了CPU之后,自然便是需要模拟那个CPU的运行!模拟器的CPU与真实的 CPU有很大的不同,可以分为: A.CPU CORE:负责解译指令! B.EXEC_CPU:负责流程控制! CPU CORE与EXEC_CPU组成了模拟器的核心,CPU与外界的接触及排程由EXEC_CPU 控制,在NMI,SPU,其他装置何时执行,在其余时间再把ROM中的指令交由CPU CORE 解译及执行!执行的流程是由EXEC_CPU检查需不需要执行NMI,SPU,及其他装置 ,若需要执行,则执行NMI等相关程式,若不需要执行,则从ROM中抓取指令交由 CPU CORE解译及执行,CPU CORE处理完再交回EXEC_CPU检查需不需要执行NMI, SPU,及其他装置,直到程式结束为止! 以流程图表示: ┌───┐ │ 开始 │ └─┬─┘ ┌──────────→│ │ ↓ │ ┌───────┐ EXEC_CPU │ │ 取下一个指令 │ │ └───┬───┘ ↓ │ │----------------- │ ↓ ↑ │ ┌───────┐ │ │ 执行指令 │ CPU CORE │ └───┬───┘ ↓ │ │----------------- │ ↓ ↑ │ ┌──┐ ┌────────┐ │ │停止│←┤SHOTDOWN CPU │ EXEC_CPU │ └──┘ │检查中断 │ │ │行程中断 │ │ │执行或遮掉中断 │
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