Оглавление

2 — Архитектура MOS 6502...
3 — Модуль neslib...
4 — Задний фон с прокруткой...
5 — Спрайты...
6 — Ушибленный спрайт...
7 — Музыка и звуки...
8 — Маппер MMC3 — страницы...
9 — Маппер MMC3 — перехват HBlank...
10 — Маппер MMC3 — HBlank+скроллинг...

0. Предисловие

В этой серии статей я попытаюсь как можно быстрее ввести вас в программирование на ассемблере ca65 на 8-битной консоли Famicom/NES/Денди в среде программирования Nesicide.
Статьи не ставят своей целью учить кого либо программировать: вы уже должны быть программистом и понимать что такое программы, ассемблер и как работают процессоры. Многое я попытаюсь объяснить как можно более детально, но определенный багаж знаний и умений конечно надо будет иметь. В принципе в интернете немало переведённой литературы и про MOS 6502 и про Famicom/NES/Денди, поэтому особо даже не буду что-то рекомендовать.
Для первичного ознакомления с основами основ о том что из себя представляет обзорно для программмиста консоль могу отослать к своей же статье: /blog/868.html, хотя похожих статей вообще немало.
Огромная масса полезной информации находится на англоязычном сайте nesdev.com (бесценный источник и для этого моего цикла статьей!).
Если с английским туго, то могу еще отослать к обзору разных материалов от Shiru: hype.retroscene.org/blog/282.html
Начало положено этой статьёй, остальные будут дописываться по мере появления свободного времени, всячески приветствуются комментарии, замечания, корректировки и вопросы помогающие улучшить статьи и дополнить непонятные в них места.

Исходные коды к урокам на момент пока я пишу статьи можно скачать тут: yadi.sk/d/_THxg1gxuCCVNw

1. Установка

Важно! Похоже, что для корректной работы Nesicide нужно сперва установить на компьютер Mingw32 и прописать путь до его папки BIN в переменной среды PATH! Похоже, что Nesicide который изначально разрабатывается и тестируется в Linux нужны некоторые утилиты командной строки такие как make и которые есть в Mingw32. Я этот момент проворонил потому что у меня он всегда стоит и прописан в пути.
Качаем архив с Nesicide с официальной страницы: knob.phreneticappsllc.com/nesicide/?s=download
Распаковываем его в папку без русских букв и пробелов по всему пути, например c:\devel\nesicide
Чтобы запустить среду программирования (IDE) надо запустить файл nesicide.exe из этой папки. Для удобства сделайте до него ярлык с рабочего стола.
Обязательно зайдите в меню NESICIDE -> Environment Settings там нажмите на пункт Code Editor и выберите в поле «Encoding» вариант «utf-8» иначе редактор не будет отображать кириллицу. Так же рекомендую здесь же открыть закладку Whitespace и там поставить поле Tab Spacing в «8 spaces» и отключить галку «Replace Tabs with Spaces» если она стоит. Я пишу свой код с табами в 8 пробелов и при таких настройках он должен выглядеть наиболее симпатично.
После изменения настроек среда возможно закроется (если открыт проект) и её надо будет открывать снова — возможно это поведение изменится в будущих версиях Nesicide.

2. Первый проект — шаблон «Hello, world!»

Идём в меню Project -> New project. В качестве имени (name) проекта введём «Test». Поле «Target Machine» оставим на «Nintendo Entertaiment System», а вот в поле «Template» выберем «Hello world — CA65 Assembly». Т.е. мы будем программировать на ядрёном ассемблере MOS 6502.
Поле «Path» надо выставить в папку где будут хранится ваши проекты — наприсер c:\devel. Заметьте, что среда сама создаст там подпапку Test по имени проекта. Опять таки желательно чтобы в пути не было пробелом и русских букв.
Нажимаем «OK» и через несколько секунд откроется редактор. Если вдруг возникнет диалог с вопросом «Do you want to reload project?» — нажмите «Yes».
Итак, в правой части у нас сейчас открыта панель с файлами проекта и открытыми страницами. Если развернуть ветку Project -> Source Code то мы там увидим три файла:

• header.s — файл описывающий секцию с заголовком INES-образа
• main.s — основной код программы «Hello, world!»
• nes.h — некоторые полезные объявления для основной программы (в основном объявление адресов портов ввода-вывода)

Однако с самого начала нас будут интересовать не эти файлы, а файл конфигурации линкера. Чтобы увидеть его из самой среды надо открыть меню Project -> Project properties и там нажать на пункт «Linker».
В нижней части диалога вы увидите текст файла nes.ini который лежит в корне проекта, чтобы получше его разглядеть можете увеличить размер окна:

# Linker script for NROM-128
# Copyright 2010 Damian Yerrick
#
# Copying and distribution of this file, with or without
# modification, are permitted in any medium without royalty
# provided the copyright notice and this notice are preserved.
# This file is offered as-is, without any warranty.
#
MEMORY {
  ZP:     start = $10, size = $f0, type = rw;
  # use first $10 zeropage locations as locals
  HEADER: start = 0, size = $0010, type = ro, file = %O, fill=yes;
  RAM:    start = $0300, size = $0500, type = rw;
  ROM7:    start = $C000, size = $4000, type = ro, file = %O, fill=yes, fillval=$FF;
}

SEGMENTS {
  INESHDR:  load = HEADER, type = ro;
  ZEROPAGE: load = ZP, type = zp;
  BSS:      load = RAM, type = bss, define = yes, align = $100;
  DMC:      load = ROM7, type = ro, align = 64, optional = yes;
  CODE:     load = ROM7, type = ro, align = $100;
  RODATA:   load = ROM7, type = ro, align = $100;
  VECTORS:  load = ROM7, type = ro, start = $FFFA;
}

FILES {
  %O: format = bin;
}

И вот тут нам надо немного отвлечься от программирования и понять что у нас вообще должно получиться сейчас как результат.
А получаться у нас должен образ картриджа для Famicom/NES/Денди в формате iNES который стал стандартом де-факто.
Формат iNES в подробностях можно рассмотреть тут: wiki.nesdev.com/w/index.php/INES но здесь для нас важно то, что файл в таком формате у нас должен состоять из трёх идущих друг за другом частей:
1. Заголовок: 16 байт в котором в том числе указано сколько страниц кода и сколько страниц графики в картридже содержится
2. 16-килобайтные страницы кода идущие друг за другом в количестве указанном в заголовке
3. 8-килобайтные страницы графики тайлов так же в указанном количестве
Картриджи с играми первого поколения (Pacman, Bomberman и т.п.) как правило содержали одну микросхему с ПЗУ кода/данных на 16Кб которая маппится на последние 32Кб адресного пространства процессора и одну микросхему с ПЗУ графики на 8Кб которая маппится на первые 8Кб адресного пространства видеочипа (PPU).
И заметьте — я не ошибаюсь когда пишу что 16-килобайтный чип ПЗУ маппится на 32Кб адресного пространства процессора — для простоты адресная линия A14 просто никуда не подключалась и поэтому ПЗУ просто зеркалировалось в двух последних четвертях адресного пространства процессора, но код логично писать как будто он работает в последней четверти (адреса $C000-$FFFF).
Когда аппетиты выросли стали ставить и полные 32Кб ПЗУ кода/данных (например в супер марио).
Но вот дальнейшее расширение потребовало включения в состав картриджа так называемого «маппера» — устройства организующего страничное переключение банков памяти кода и/или графики чтобы серьёзно увеличить количество кода, данных и графики. Используемый маппер тоже указывается в заголовке картриджа iNES.
Теперь отвлечёмся немного и от файла nes.ini (сделать это можно не закрывая окно со свойствами проекта) и откроем файл header.s. Здесь мы увидим следующее:

.segment        "INESHDR"
; ... пропускаю неважный тут комментарий
.byte $4e,$45,$53,$1a	; "NES"^Z
.byte $01               ; ines prg  - Specifies the number of 16k prg banks.
.byte $01            	; ines chr  - Specifies the number of 8k chr banks.
.byte $0  	; ines mir  - Specifies VRAM mirroring of the banks.
.byte $0  ; ines map  - Specifies the NES mapper used.
.byte 0,0,0,0,0,0,0,0   ; 8 zeroes

Это есть ничто иное как определение этого самого заголовка iNES в 16 байт директивами ассемблера .byte, где указан сперва заголовок формата (строка «NES» заканчивающаяся байтом $1A), далее то, что в образе находится одна 16Кб-ая страница кода/данных и одна 8Кб-ая страница графических данных.
Нулевой байт в строке с «ines map» говорит что мапперы не используются. Т.е. мы имеем дело с самым простым и маленьким форматом картриджа «игр первой волны». Для «Hello, world!» этого конечно более чем достаточно.
Вернёмся к диалогу с файлом nes.ini и разберёмся как ориентируясь на него ассемблер и линкер CC65 понимают как скомпоновать образ картриджа.
Прежде всего рассмотрим блок MEMORY {… } — в нём грубо говоря описаны некие абстрактные пока куски памяти которые ассемблер может заполнять кодом и данными.
Главные атрибуты этих кусков памяти — это какой они будут иметь размер (size) каким адресом будет считаться их начало (start) и в какой файл линкер должен их сохранить в конце сборки (file = ...).
Если в качестве file указан один и тот же файл, то сохраняться в него куски памяти будет последовательно слитно в том порядке в котором они объявлены в блоке MEMORY.
Если атрибут file не указан, то такой блок памяти после сборки будет просто откинут, но для правильной работы ассемблера и линкера они могут быть важны.
В качестве файла указано особое значение %O — это тот файл который указан как конечная цель сборки — в нашем случае это hello_world.prg который попадёт в подпаку obj/nes по принятой в Nesicide схеме сборки — он сперва создаст из картинок с графикой 8-килобайтный файл страницы с графикой — obj/nes/hello_world.chr, потом по вышеприведённым правилам в nes.ini соберёт файл obj/nes/hello_world.prg с заголовком и секцией кода/данных и потом уже скомпонует из них полноценнй образ hello_world.nes в корневой папке проекта простым слиянием файлов.
То, что в prg-файл попадает заголовок и 16-килобайтный кусок памяти с кодом мы видим т.к. у них указано сохранение в файл в таком порядке.
Замечу тут, что если вам захочется уйти из IDE Nesicide и компилировать образ картриджа самостоятельно, то вы можете добавить файл с графическими данными как еще один кусок памяти в nes.ini и заполнить его данными, например, директивой .incbin ассемблера, такое практикуется и позже вы сами сообразите как такое можно сделать.
Атрибут fill=yes говорит, что кусок памяти надо изначально залить каким то значением, по умолчанию 0, но можно указать своё значение через атрибут fillvalue.
Так же немаловажен атрибут type который указывает тип куска памяти: ro — только для чтения (ROM) и rw — обычная память (RAM).
Давайте теперь по порядку рассмотрим какие куски памяти у нас существуют:

• ZP — RAM первых 256 байт памяти которая в архитектуре процессора MOS 6502 называется zero page. однако файл содержит комментарий, что первые 10 байт zero page отданы под локальные переменные и поэтому не охватываются куском памяти ZP, почему тут именно так сделано будет понятно немного позже.
• HEADER — 16 байт заголовка формата файла iNES. в рабочей программе они никак не участвуют, только для формирования заголовка файла прямо директивами ассемблера, что удобно.
• RAM — остаток RAM консоли, причём заметьте, что в него не включен стек 6502 (страница памяти от $0100 до $01FF) и еще 256 байт за ним ($0200-02FF) — RAM начинается сразу с $0300 по похожим на то как опущен кусок zero page выше, о чём опять таки подробнее будет сказано ниже.
• ROM7 — собственно образ с кодом и данными картриджа который мы будем заполнять программируя в ассемблере.

Блоки памяти заданы, но ассемблеру и линкеру нужны не они, а так называемые сегменты. Сегменты — это поименованные области в созданных кусках памяти.
Команда ассемблера .segment «имя сегмента» заставляет его добавлять новый код и данные которые составляют программу в указанный сегмент. При этом можно сколько угодно раз переключаться этой директивой между разными сегментами и данные и код будут добавляться еще не заполненное место в конце. Можно сказать что у каждого сегмента во время сборки есть свой счётчик текущего кода/данных который нарастает пока мы добавляем новый код и данные, хотя это неполная картина, до полной дойдём в следующей части.
Именно поэтому первая директива в файле header.s — это .segment «INESHDR» — переключение на сегмент INESHDR который располагается в кусе памяти HEADER и занимает его весь.
Несколько сегментов может лежать в одном и том же куске памяти (в каком именно — указывается атрибутом load). Сегменты добавляются в кусок памяти в порядке своего появления в секции SEGMENTS и если указан атрибут align, то начинаются после предыдущего с выровненного на указанное число адреса.
Иногда сегмент нужно «жёстко прибить» к некоему адресу — тогда нужно указать атрибут start. Как я понял запись производится опять таки в порядке появления, поэтому если сегменты таким образом пересекаются, то «выживет» содержимое памяти из сегмента указанного последним.
Атрибут type сегментов вводит несколько новых типов: zp — это семент zero page, где действует сокращённая форма адресации процессора 6502.
А вот bss — это сегмент «неинициализированных данных». Терминологически это сокращение от «Block Started by Symbol» из древнего ассемблера 50-х годов прошлого века. Т.к. после включения консоли содержимое RAM находится в неизвестном состоянии и сам сегмент с RAM не должен добавляться в образ картриджа, то нужно использовать такой тип сегмента. Главным образом он будет нужен чтобы присваивать переменным в ОЗУ метки — выделять им место, но инициализировать эту память обязательно надо будет самостоятельно.
Далее идут сегменты которые будут по порядку включены в образ ROM кода и данных:

• Сегмент DMC судя по всему предназначен для хранения цифрового звука (звуковой канал DMC) и объявлен как опциональный (атрибут optional) — последнее значит что линкер не будет ругаться если программа ни разу его не упомянет.
• Сегмент CODE — для кода.
• Сегмент RODATA — для данных (неизменяемых).
• И жёстко «прибитый» к адресу $FFFA сегмент VECTORS — это хранилище трёх адресов процедур обработки прерываний и стартового адреса при включении игры — согласено архитектуре процессора MOS 6502 они должны располагаться в последних трёх словах адресного пространства процессора.

В скором времени мы с вами изрядно перепишем файлы nes.ini и header.s так чтобы они в будущем легче расширялись под новые задачи и маппер MMC3, ну а пока соберём и запустим нашу программу в эмуляторе среды Nesicide.
Для этого выберем меню Project -> Compile project (или нажмём F5). Снизу замигает зеленый (если всё хорошо) прямоугольник «Compile Results» — нажмите на него чтобы открылась панель с результатами сборки.
Далее меню Project -> Load in Emulator (или F6) — слева откроется пока чёрная панель с эмулятором, а код прыгнет на строку с инструкцией sei в файле main.s. Если при этом исчезнет левая панель с файлами проекта, то нажмите меню View -> Project Browser.
И теперь нажмём Emulator -> Run чтобы программа запустилась — в окне эмулятора при этом появится текст «HELLO WORLD» на коричневом фоне.
Поздравляю, это ваш первый Hello, world! на денди. :)
Сейчас, когда эмулятор работает в полную силу среда разработки может весьма тормозно реагировать на ввод, поэтому для продолжения программирования следует поставить эмулятор на паузу нажав F7 или нажав F10 для сброса и опять таки постановки на паузу.
Можете найти в конце файла main.s строку «HELLO WORLD», как либо поменять её и снова повторить цепочку построения и запуска программы. Имхо это проще всего делать последовательно нажимая F5 — F6 — F7 и потом снова F7 для паузы.