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发表于 2007-5-26 14:37:48
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我刚开始就是看这个看了一个星期再结合lee的超级马里源码才弄懂的,要有耐心才行!
任天堂产品系统文件
(Pinokio@163.com 译、编 2002/10/10)
目录
1、系统简介
2、缩写表
3、中央处理器
4、图形处理器
5、声音处理器
6、手柄、控制器和扩展口
7、内存映像硬件
8、I/O端口
9、NES文件格式
10、任天堂磁碟机系统
_____________________________________________________________________
1、系统简介
任天堂主机由6502处理器和一个特制的图形处理器组成。CPU是6502,而不是传言中的65C02(CMOS)。PPU的显存是和CPU的内存是分离的,可以通过对特殊端口的读/写来操作。卡带可能包含的内容有位于处理器地址$8000-$FFFF的ROM,和位于PPU地址$0000-$1FFF的VROM。由于NES只有2K的RAM,因此变量的可用的变量空间只有从$0000到$07FF共8个页面。在开机之后RAM和VRAM中的内容是0,但是注意:复位并不改变其中的内容。在更小的卡带,比如只有16KB的ROM,它占有$C000-$FFFF,而$8000-$BFFF的空间是不用的。那些大于32KB的卡带,它被特殊的电路分页到一定的地址空间。一些卡带在$6000-$7FFF有SRAM,那是电池存储的位置。卡带VROM被用来做图案表(例如 Tile 表, 角色发生器等等)。通常的数量是8KB,包含两个图案表。大于8KB 的VROM被特殊的电路分页到一定的地址空间。内部的VRAM在 PPU 内存里定位于$2000-$3FFF,它用来存储命名表(例如屏幕缓冲)。虽然PPU 支持4个命名表,但只能支持两个的存放空间。另外的两个是开始两个的镜像。NES共有154条指令。
在本文本里,你将遇到如下形式的符号:“Dn" (5 位,3 位,等等)。位是按从最低位(0 位)到最高位(7 位)。所有的十六进制都在前面加上一个美圆符号($)($2002,$4026,等等)是在6502处理器汇编里常用的符号,二进制前面加上一个百分号%。
2、缩写表
NES 任天堂娱乐系统
Famicom 任天堂家用计算机,即FC
FDS 任天堂磁碟机系统
CPU 中央处理器,NES使用一个定制的6502(NMOS)芯片,有些型号为6527
PPU 图像处理器,用来处理背景,精灵和其他图像特性,通常为6538
APU 声音处理器,集合在CPU内部,包含4个模拟通道和1个数字通道
MMC ROM和VROM的扩容控制,用来控制访问超过6502限制的64K地址,同样,也可以扩容VROM
VRAM 图像RAM,PPU专用,2K字节
VROM 图像ROM,储存图像数据的地方,可以由MMC切换到VRAM里
ROM 程序ROM,实际程序储存的地方,扩容部分可以通过MMC切换到PRG-RAM里
RAM 程序RAM,和ROM同义,不同的是它是RAM
SPR-RAM 精灵RAM,RAM中的256字节,专用于储存精灵,它不属于VRAM或ROM
SRAM 电池RAM,卡带上用来保存游戏记录的EPROM-电擦写ROM
DMC 三角波调制通道,APU用来处理数字声音的,也写作PCM通道
EX-RAM 扩展VRAM,用在MMC5里,可以扩展VRAM容量
3、中央处理器
NES定制的6502内部特别加上了声音处理单元。NTSC制式的NES使用1.7897725MHz主频,PAL制式使用1.773447MHz主频。
CPU内存映像:
开始地址 用途 结束地址
$0000 2K字节RAM,做4次镜象(即$0000-$07FF可用) $1FFF
$2000 寄存器 $2007
$2008 寄存器($2000-$2008的镜像,每8个字节镜像一次) $3FFF
$4000 寄存器 $401F
$4020 扩展ROM $5FFF
$6000 卡带的SRAM(需要有电池支持) $7FFF
$8000 卡带的下层ROM $BFFF
$C000 卡带的上层ROM $FFFF
中断:
6502有3个中断IRQ/BRK、NMI和RESET,每个中断都有一个16位的向量,即指针,用来存放该中断发生时中断服务函数的地址。中断发生时CPU都会把状态标志和返回地址压栈,然后调用中断服务程序。
IRQ/BRK中断由一下两种情况产生:一是软件通过BRK指令产生,一是硬件通过IRQ引脚产生。
RESET在开机的时候触发,这是ROM被装入,6502跳到RESET向量指向的地址没有寄存器被修改,没有内存被清空,这些都只在开机是发生。
NMI指不可屏蔽中断,它在VBlank即屏幕刷新时发生,持续时间根据系统(NTSC/PAL)不同而不同。NTSC是每秒60次,而PAL是每秒50次。6502的中断延时是7个时钟周期,也就是说,进入和离开中断都需要7个时钟周期。它产生于PPU的每一帧结束,NMI中断可以由$2000的第7位的1/0控制允许/禁止。
大部分中断应该使用RTI指令返回,但是有些游戏不用,例如《最终幻想1》。它用一个很奇怪的方式:手工修改堆栈指针,然后执行RTS指令。这种方法在技术上是可行的,但是应该尽量避免。
以上中断在ROM内有以下对应的地址:
中断地址 中断 优先权
$FFFA NMI 中
$FFFC RESET 高
$FFFE IRQ/BRK 低
特别说明:
NES的6502不支持10进制。虽然CLD和SED指令都正常工作,但是ADC和SBC都不使用CPU状态标志的“D”位。由于复位后“D”位的状态是不确定的,所以游戏通常在程序开始时使用一个CLD指令。
声音寄存器映射到CPU内部,所有波形发生的工作都在CPU内部完成。
注意那两个分开的16K ROM段,它们可能是连续的,但是它们根据卡带的大小扮演不同的角色。有的卡带只有一个16K ROM,那么它就同时被装入$8000和$COOO。
所有游戏都将它们自己装入$8000,使用32K RAM,但是它们都能够通过内存映射把多于一个16K ROM装入$8000。VROM也是同样的道理。
当BRK中断发生的时候,CPU把状态标志压入堆栈,同时设置“B”标志。而IRQ中断发生时,CPU把状态标志压入堆栈,同时清除“B”标志。这是因为6502使用同一个向量来处理两种中断,用“B”标志来区分它们。你可以用以下程序来区别两种中断:
??? C134: PLA ;???????????????? 拷贝CPU状态标志到A
??? C135: PHA ;???????????????? 把状态标志还回给堆栈
??? C136: AND #$10 ;??????????? 检查“B”标志
??? C138: BNE is_BRK_opcode;??? 如果设置了,就是软件中断(BRK)
在NMI里指向BRK会导致已经被压栈的“B”标志被设置。
6502的$6C指令(间接绝对跳转)有一个BUG,当低位字节是$FF时CPU将不能正确计算有效地址。例如:
??? C100: 4F
??? C1FF: 00
??? C200: 23
??? ..
??? D000: 6C FF C1 - JMP ($C1FF)
本来它是应该跳到$2300的,但是在计算高位字节的时候,在页面边界处地址是不能再增加的,所以实际将跳转到$4F00。
需要注意的是,页面越界不会在变址间接寻址模式发生。由于0页面的限制,由于0页面的限制,所有变址间接寻址的读写都应该在计算有效地址之后和#$FF进行逻辑与操作。例如:
??? C000: LDX #3 ;???????? 从 $0002+$0003 读变址地址,
??? C002: LDA ($FF,X) ;??? 不是 $0102+$0103.
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4、图形处理器
PPU时序:
NTSC制式 PAL制式
基频(Base clock) 21477270.0Hz 21281364.0Hz
CPU主频(Cpu clock) 1789772.5Hz 1773447.0Hz
总扫描线数(Total scanlines) 262 312
扫描线总周期(Scanline total cycles) 1364(15.75KHz) 1362(15.625KHz)
水平扫描周期(H-Draw cycles) 1024 1024
水平空白周期(H-Blank cycles) 340 338
结束周期(End cycles) 4 2
帧周期(Frame cycles) 1364*262 1362*312
帧IRQ周期(FrameIRQ cycles) 29830 35469
帧率(Frame rate) 60(59.94Hz) 50Hz
帧时间(Frame period) 1000.0/60.0(ms) 1000.0/50.0(ms)
镜像是指通过硬件映射特殊的内存地址或范围的一个过程。
PPU内存映像:
开始地址 用途 结束地址
$0000 图案表0(256x2x8,可能是VROM) $0FFF
$1000 图案表1(256x2x8,可能是VROM) $1FFF
$2000 命名表0(32x30块)(镜像,见命名表镜像) $23BF
$23C0 属性表0(镜像,见命名表镜像) $23FF
$2400 命名表1(32x30块)(镜像,见命名表镜像) $27BF
$27C0 属性表1(镜像,见命名表镜像) $27FF
$2800 命名表2(32x30块)(镜像,见命名表镜像) $2BBF
$2BC0 属性表2(镜像,见命名表镜像) $2BFF
$2C00 命名表3(32x30块)(镜像,见命名表镜像) $2FBF
$2FC0 属性表3(镜像,见命名表镜像) $2FFF
$3000 $2000-$2EFF的镜像 $3EFF
$3F00 背景调色板#1 $3F0F
$3F10 精灵调色板#1 $3F1F
$3F20 镜像,(见调色板镜像) $3FFF
$4000 $0000-$3FFF的镜像 $7FFF
命名表:
NES的图像通过Tile矩阵来显示,这个网格就叫命名表。一个命名表和字符模式下的屏幕缓冲比较相象,它包含字符的代码,也就是30列的32Byte长度。每个Tile有8x8个象素,每个命名表有32x30个Tile,也就是256x240象素。PPU支持4个命名表,他们在$2000,$2400,$2800,$2C00。在NTSC制式下,上面和下面的8象素通常不显示出来,只有256x224象素;在PAL制式下,屏幕有256x240象素。
需要说的是,虽然PPU支持4个命名表,任天堂主机只支持2个命名表。另外两个被做了镜像。命名表保存了Tile的编号,而Tile存在图案表里。计算命名表里Tile号对应的实际地址的公式是:
(Tile号16)+由$2000端口指定的图案表地址
命名表镜像:
NES只有2048字节($800)的VRAM给命名表使用,但是如前表所示,NES有能力寻址到4个命名表。缺省情况下,NES卡带都带有水平和垂直镜像,允许你改变命名表指向PPU的VRAM位置。这种方式同时影响两个命名表,你不能单独改变其中的一个。每个卡带都控制着PPU地址线的A10 和A11。它可能将他们设置成以下4种可能的方式的1种。下面这个图表有助于理解NES里的各种镜像,指向PPU VRAM中命名表的12位地址相当于“$2xxxx”:???????????????????????????? ??
?名字 命名 表#0 命名 表#1 命名 表#2 命名 表#3 说明 ?地址线A11 地址线A10
水平 $000 $000 $400 $400 1 0
垂直 $000 $800 $000 $800 0 1
4屏幕镜像 $000 $400 $800 $C00 卡带里有2K VRAM,4个命名表物理上独立的 1 1
单屏幕 $X00 $X00 $X00 $X00 所有的命名表指相同的VRAM区域,X=0、4、8、C 0 0
VROM镜像 Mapper 68#游戏映射VROM到PPU VRAM的命名表,这使得命名表是基于VROM的,你不能写它但却可以通过mapper自己来控制是否使用这种特性
图案表:
图案表储存了实际8x8象素的Tile,同时也储存了用来指向NES调色板全部16种颜色的4位元矩阵的低两位。PPU支持两个图案表在$0000和$1000。他们有以下格式:
VRAM地址 图案表内容 颜色效果
$0000
..
..
..
..
..
..
$0007 %00010000 = $10
%00000000 = $00
%01000100 = $44
%00000000 = $00
%11111110 = $FE
%00000000 = $00
%10000010 = $82
%00000000 = $00 组 0 ...1....
..2.2...
.3...3..
2.....2.
1111111.
2.....2.
3.....3.
$0008
..
..
..
..
..
..
$000F %00000000 = $00
%00101000 = $28
%01000100 = $44
%10000010 = $82?
%00000000 = $00
%10000010 = $82?
%10000010 = $82
%00000000 = $00 组 1 点表示0号颜色,数字表示实际调色板颜色代号
注意在图案表里存储的是每个点的2个位。其他两个由属性表得到。所以,在屏幕上总体出现的颜色数是16,而每个块里只有4种颜色。
属性表:
每个命名表有它自己的属性表。属性表的每一个字节代表了屏幕上的一组4x4的Tile,一共有8x8个字节。有几种方法来描述属性表里一个字节的功能:
??? *保存32x32象素方格的高2位颜色,每16x16象素用2位;
??? *保存16个8x8 Tile的高2位颜色;
??? *保存4个4x4 Tile格子的高2位颜色。
看以下两个图表帮助理解:
1、一个16x16 象素的格子:#0-F 代表了一个8x8 Tile,方块 [x] 代表了4个8x8 Tile,
方块 0
#0
#1
#2
#3
方块 1
#4
#5
#6
#7
方块 2
#8
#9
#A
#B
方块 3
#C
#D
#E
#F
2、属性表一个字节的实际格式定义如下(对应于上面的例子):
位 描述
0、1 方块 0的高两位颜色(Tile #0,1,2,3)
2、3 方块 1的高两位颜色(Tile #4,5,6,7)
4、5 方块 2的高两位颜色(Tile #8,9,A,B)
6、7 方块 3的高两位颜色(Tile #C,D,E,F)
调色板:
NES有两个调色板,背景调色板和精灵调色板。调色板不包含实际的RGB值,它们更象一个索引表。写到$3F00-$3FFF的D6-D7字节被忽略。
?
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F ?
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
?
调色板镜像:
镜像发生在背景调色板和精灵调色板之间,例如所有写到$3F00的数据会被镜像到$3F10,$3F04镜像到$3F14。背景和精灵的最高3个调色板的0号色盘定义为透明,存在那里的颜色不会被画出来。PPU使用放在$3F00里的颜色作为背景色,详细如下:
??? *$0D被写到$3F00(镜像到$3F10);
??? *$03被写到$3F08(镜像到$3F18);
??? *$1A被写到$3F18;
??? *$3F08被读到累加器。
PPU使用$0D作为背景颜色,尽管$3F08有一个颜色$03(因为0号颜色在所有的调色板里都定义为透明)。最后,累加器上有一个值$1A,这是从$3F18映像过来的。又一次,这个$1A值没有被画出,因为所有的调色板的0号颜色被定义为透明。整个背景和精灵调色板同时也映像到VRAM的其他区域,$3F20-$3FFF全部都是这两个调色板分别的映像。写到$3F00-$3FFF的D6-D7字节被忽略。
背景滚动:
NES可以通过预提取命名表,图案表和属性表来使背景滚动,背景是独立于精灵而位于最下层的。可以水平和垂直滚动。
水平滚动 垂直滚动
0????512
A
B
A
0
480
B
命名表A通过$2000的D1-D0指定,B是跟在后面的一个命名表,根据镜像不同B是动态的。这个不能工作在水平和垂直同时滚动的游戏里。背景会跨越多个命名表,如下所示:
命名表#2
($2800) 命名表#3
($2C00)
命名表#0
($2000) 命名表#1
($2400)
在$2005里写到水平滚动的值可以从0-256,写到垂直滚动的值从0-239,239是考虑了负值的结果,例如248代表-8。
屏幕和精灵分层:
下面是NES画图的循序:
前台 后台
CI OBJs 0-63 BG OBJs 0-63 EXT
?精灵RAM?
BGPRI==0 ?精灵RAM
BGPRI==1
CI代表颜色亮度,相当于$2001的D7-D5;BG是背景;EXT是扩展口的图像信号。BGPRI代表VRAM里背景‘优先权’位,每个精灵都有的,即第二字节的D5位。OBJ数代表了实际精灵的号码,不是Tile索引值。前台高于任何其他层,最后被画上,后台低于任何其他层,最先被画上。
精灵和精灵RAM:
NES用一个页面(256字节)来存放动画,每个精灵4个字节,一共可以有64个动画/精灵,它们可以是8x8或8x16象素。动画/精灵图案被存储在VRAM的图案表其中一个里面。精灵属性,例如翻转和优先权被储存在一个特殊的256字节的精灵RAM,它不是CPU或PPU的地址的一部分。整个精灵RAM可以通过$4014的DMA方式来写,写一个8位的数到$4014就将这个8位数所指定的内存页面整个拷贝到精灵RAM上。也可以通过把开始地址放在$2003然后读/写于$2004(每次存取地址自动加一),它是一个一个字节存取的。动画/精灵的......... |
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