任天堂红白机-(-NES-)-文档.doc

+-+| 任天堂红白机 ( NES ) 文档 | 版本.2.00 |+-+-+| 目录 |+-+1. 说明 A. 弃权声明 B. 为什么? C. 任务 D. 献给 E. 鸣谢2. Acronymns A. 内部 B. 硬件3. CPU A. 一般信息 B. 内存地址 C. 中断 D. NES 定制细节 E. 注意4. PPU A. 概述 B. 内存映射 C. Name Tables D. Pattern Tables E. Attribute Tables F. 调色板 G. Name Table 镜像 H. 调色板镜像 I. 背景卷轴 J. 屏幕和子图形的层 K. 子图形和 SPR-RAM L. 子图形 #0 点击标记 M. 水平和竖直空白 N. $2005/2006 矩阵编码 O. PPU 怪癖 P. 注意5. pAPU6. 手柄, 摇杆, 扩展端口 A. 概述 B. 光线枪 C. 四人分插 D. 摇杆 E. Power Pad F. R.O.B (Robot Operated Buddy) G. 信号 H. 扩展端口 I. 注意7. 硬件内存镜像8. 寄存器9. 文件格式 A. iNES 格式 (.NES)10. 为 NES 设计程序 A. 概述 B. CPU 注意事项 C. PPU 注意事项11. 模拟器 A. 概述 B. CPU 注意事项 C. PPU 注意事项 D. APU 注意事项12. 引用材料 A. CPU Information B. PPU Information C. APU Information D. Memory Mapper Information E. Mailing Lists F. WWW Sites G. Hardware Information+-+| 1. 说明 |+-+ A. 弃权声明 - 我绝不为本文的信息所造成的结果负责. 这些都是公开的信息, 并且不应当被用于商业用途. 如果你打算将本文用于商业用途, 请在开发之前与我联系, 使我能够和你商讨你的项目的大纲. 我并没有打算在资金上阻碍任何人: 如果你打算进行真的NES开发, 与任天堂美国公司或任天堂 公司联系将是明智的. 它们的地址是: Nintendo of America Nintendo Company, Ltd. P.O. Box 957 60 Fukuine Redmond, WA 98073 Kamitakamatsu-cho, USA Higashiyama-ku, Koyoto 602, Japan All titles of cartridges and console systems are registered trademarks of their respective owners. ( 我不认为有必要把他们一个一个的单独列出来 ). B. 为什么? - 在本文完成时, 只有一片概括了NES内部的文章: Marat Fayzullin 的文章, 也就是 NES.DOC. 虽然 Fayzullin 的文章在很多地方有缺陷, 它提供了一个强大的基础, 并且它里面确实有对如 何完成那个小黑匣子有一定的陈述. 我抓住了扩展 NES.DOC 的机会, 是以其他人的发现和我的经验为基础. 这些经验使得这篇文 章变成它今天的样子. 本文开头部分像是 Fayzullin 的文章经过了缩写和一些修改的复制品. Marat Fayzullin 本人后来得到了我的文章, 之后他就像别人推荐这篇文章. 在我开来, 如果没有 Marat 的 NES.DOC, 我将永远没有写这一篇的动机. C. 任务 - 本文的目标很简单: 提供关于NES的最准确和最新的信息, 以及 Famicom 的相关信息. D. 献给 - 我把本文献给 Alex Krasivsky. Alex 是一个很好的朋友, 并且在我眼里, truly started the ball of emulation rolling. 开心的时间和悲伤的时间, Alex 都在. Spasibo, Alex; umnjy Russki. E. 鸣谢 - 感谢所有帮助使本文成文今天的样子的人. 没有你们我将无所作为. Alex Krasivsky - bcatlapkin.rosprint.ru Andrew Davie Avatar Z - Barubary - Bluefoot - CiXeL Chi-Wen Yang - Chris Hickman - D - Dan Boris - David de Regt - Donald Moore - Fredrik Olsson - flubbahem2.passagen.se Icer Addis - Jon Merkel - Kevin Horton - Loopy - Marat Fayzullin - Mark Knibbs - mark_ Martin Nielsen - mnielsenget2net.dk Matt Conte - Matthew Richey - Memblers - 5010.0951 MiKael Iushin - acctulatelecom.ru Mike Perry - Morgan Johansson - morgan.johanssonmbox301.swipnet.se Neill Corlett - Pat Mccomack - Patrik Alexandersson - patrikushem2.passagen.se Paul Robson - AutismUK Ryan Auge - Stumble - Tennessee Carmel-Veilleux - Thomas Steen - Thomas.S Tony Young - KBAAA Vince Indriolo - FireBug - 特别感谢 Stumble, 他通过IRC提供了无限的信息, 甚至不睡觉.+-+| 2. Acronymns |+-+ A. 内部 - CPU - 中央处理器: Self-explanitory. NES使用一个标准6502 ( NMOS ) PPU - 图形处理器: 用来控制图形，活动块和其他视频相关特点 pAPU - pseuedo-Audio 处理器: 固化于CPU; 产生 (5) 声音通道的波形: 四个 (4) 模拟 和一个 (1) 数字. 在NES内部没有处理音频的物理芯片. MMC - 大量内存控制器: 微型控制器, 用来控制使NES游戏使用6502的64Kbyte以外的存储器. 他们也可以被用来控制使用CHR-ROM，也许被用来产生“特别效果”，比如强制和中断， 以及其他一些. VRAM - 图形储存器: 这个储存器在PPU内部. NES中安装了16kbits 的VRAM. SPR-RAM - 子画面储存器: 用来储存子画面，共256 bytes. 虽然他也在PPU内部，但不是VRAM或者 ROM的一部分. PRG-ROM - 程序只读储存器: 存储程序代码的存储器. 也可以认为是通过MMC控制的扩展存储器中 的代码部分. PRG-RAM - 程序可写存储器: 于PRG-ROM同义，不过这个是RAM. CHR-ROM - 角色只读存储器: 在PPU外部的VRAM数据, 通过MMC在PPU内部与外部交换，或者在启动队 列中“读入”VRAM. VROM - 与CHR-ROM同义. SRAM - 存档可写存储器: 一般用来保存RPG游戏的进度. 就像最终幻想系列的“水井”，和“塞 尔达传说”. WRAM - 与SRAM同义. DMC - 调制通道: APU中处理数字信号的通道. 通常被认为是PCM (Pulse信号调制器)通道. EX-RAM - 扩展存储器: 在任天堂的MMC5中使用的，允许游戏扩展VRAM的容量. B. 硬件 - NES - 任天堂娱乐系统: Self-explanitory. Dany - 与Famicom同义(硬件范围). Famicom - 与NES同义，但不支持原始的DMC数字音频重放. FDS - Famicom磁盘系统: 安装在Famicom顶部，支持3双面游戏软盘.+-+| 3. CPU |+-+ A. 一般信息 - NES使用一个定制的NMOS 6502 CPU, 由Ricoh设计制造. 他最初的定制是添加了音频. NTSC制式的NES频率是 1.7897725MHZ, PAL的是 1.773447MHZ. B. 内存地址 - +-+-+-+-+ | 地址 | 大小 | 标记 | 描述 | +-+-+-+-+ | $0000 | $800 | | RAM | | $0800 | $800 | M | RAM | | $1000 | $800 | M | RAM | | $1800 | $800 | M | RAM | | $2000 | 8 | | Registers | | $2008 | $1FF8 | R | Registers | | $4000 | $20 | | Registers | | $4020 | $1FDF | | Expansion ROM | | $6000 | $2000 | | SRAM | | $8000 | $4000 | | PRG-ROM | | $C000 | $4000 | | PRG-ROM | +-+-+-+-+ 标记图例: M = $0000的镜像 R = $2000-2008 每 8 bytes 的镜像 (e.g. $2008=$2000, $2018=$2000, etc.) C. 中断 - 6502有三种 (3) 中断: IRQ/BRK, NMI和RESET. 每一种中断都有一个向量. 向量是当中断触发时“转到”的指定位置的16位地址. IRQ/BRK在两种情况下触发，因此它有分开的名字: 当软件中断请求被执行 (BRK指令), 或者硬件中断请求被执行 (通过IRQ语句). RESET在启动时被触发. ROM被读入内存，并且6502转到指定的RESET向量. 没有寄存器被 修改，没有内存被清空; 这些仅仅发生在启动时. NMI的意思是 Non-Maskable Interrupt (不可屏蔽中断-译注)，发生在每次刷新时 (VBlank). 这些刷新的间隔依赖于所用的系统 (PAL/NTSC). NMI在NTSC控制下刷新次数为 60次/秒, PAL为50次/秒. 6502的中断潜伏期为七 (7) 个周 期; 这也就是说需要需要七 (7) 个周期来移入和移出一个中断. 大多数中断应当返回RTI语句. 一些NES游戏不使用这种方法，比如SquareSoft的Final Fa- ntasy 1的标题. 他们的中断使用一种非常奇怪的方式返回: 通过手动操纵堆栈，然后返 回一个RTS. 从技术上说这是有效的，但从精神上说这应当被避免. 上述的中断使用下列的向量地址，它们在内存中的地址为: $FFFA = NMI $FFFC = RESET $FFFE - IRQ/BRK 中断优先权如下: Highest = RESET NMI Lowest = IRQ/BRK D. NES订制细节 - NES的6502并不包括对decimal模式的支持. CLD和SED opcodes function normally, 但是p中 的 d bit在ADC和SBC中并未被使用. 在游戏中将CLD先执行于代码是普遍的行为，就像启动 和RESET时的 d 状态并不为人知一样. 音频寄存器被放置于CPU内部; 所有波形的发生也都在CPU的内部. E. 注意 - 请注意那两个独立的16K PRG-ROM片断; 他们也许是线性的，但是他们是否独立依赖于游戏容 量的大小. 有些游戏只用一 (1) 个16K的PRG-ROM，这就需要将他读入到$C000和$8000之中 (两块内存都被写入-译注). 大多数游戏将他们自己读入到$8000, 使用32K PRG-ROM 空间. 第一个这样做的游戏是Super Mario Brothers. 然而所有大于一 (1) 个 16K 容量的PRG-ROM也都把他们自己读入$8000. 这些游戏使用Memory Mappers在PRG-ROM内外交换数据，CHR-ROM中也一样. 当遇到BRK时，NES的6502将CPU状态标记推入有 b CPU bit 集合的堆栈中. 在IRQ或者NMI时， CPU将状态标记推入清除了 b bit的堆栈中. 这样做是因为事实上硬件IRQ (IRQ) 和软件IRQ (BRK) 使用同样的向量. 例如，一个中断会使用下面的代码来区别上述两种中断: C134: PLA ; 拷贝CPU状态标记 C135: PHA ; 将状态标记返回到堆栈 C136: AND #$10 ; 检查 D4 (b CPU bit) C138: BNE is_BRK_opcode ; 如果固定了，则它是一个软件IRQ (BRK) 执行NMI中的BRK将导致被推入的 b bit被固定. 6502在opcode $6C 有一个bug (绝对的间接跳跃). CPU并没有正确考虑到当 低字节 low-byte 是$FF时的有效地址. 例如: C100: 4F C1FF: 00 C200: 23 . D000: 6C FF C1 - JMP ($C1FF) 逻辑上说，这样将转到地址$2300. 然而，事实上计算中的高字节 *NOT* increased on a page- wrap, 事实上转到了$4F00. 应当被注意的是page wrappig并不发生在 间接地址索引模式 indexed-indirect addressing modes.由于 0页面 zero-page，所有 间接索引 indexed-indirect 的读写必须在计算后申请 一个到有效地址的一个逻辑 与 AND #$FF. 例如: C000: LDX #3 ; 从 $0002+$0003 读间接地址 indirect address, C002: LDA ($FF,X) ; 不是 $0102+$0103.+-+| 4. PPU |+-+ A. 概述 - 镜像 (也被称为shadowing) 是将特殊的地址或抵制范围通过硬件映射到其他地址的一种处理. B. 内存映射 - 这里有两 (2) 片内存映射. 第一部分被称为 RAM Memory Map，是一段不算长的指向NES本身 物理RAM的区域。第二部分是 Programmer Memory Map，是比较长的描述全部NES和他如何被使 用以及如何被操作的内存区域. RAM Memory Map +-+-+-+ | Address | Size | Description | +-+-+-+ | $0000 | $1000 | Pattern Table #0 | | $1000 | $1000 | Pattern Table #1 | | $2000 | $800 | Name Tables | | $3F00 | $20 | Palettes | +-+-+-+ Programmer Memory Map +-+-+-+-+ | Address | Size | Flags | Description | +-+-+-+-+ | $0000 | $1000 | C | Pattern Table #0 | | $1000 | $1000 | C | Pattern Table #1 | | $2000 | $3C0 | | Name Table #0 | | $23C0 | $40 | N | Attribute Table #0 | | $2400 | $3C0 | N | Name Table #1 | | $27C0 | $40 | N | Attribute Table #1 | | $2800 | $3C0 | N | Name Table #2 | | $2BC0 | $40 | N | Attribute Table #2 | | $2C00 | $3C0 | N | Name Table #3 | | $2FC0 | $40 | N | Attribute Table #3 | | $3000 | $F00 | R | | | $3F00 | $10 | | Image Palette #1 | | $3F10 | $10 | | Sprite Palette #1 | | $3F20 | $E0 | P | | | $4000 | $C000 | F | | +-+-+-+-+ C = Possibly CHR-ROM N = Mirrored (see Subsection G) P = Mirrored (see Subsection H) R = Mirror of $2000-2EFF (VRAM) F = Mirror of $0000-3FFF (VRAM) C. Name Tables - NES使用马赛克矩阵进行图形显示; 这样的格子被叫做 Name Table. 马赛克是 8x8像素 pixels. 完整的 Name Table 有 32*30 个马赛克 (256*240 像素). 紧记: NTSC和PAL单元在显示上有不同 的刷新率. Name Tables 之中的马赛克的资料被保存在 Pattern Table 之中 (continue on). D. Pattern Tables - Pattern Table 包括了 Name Table 所需要的 8x8 的马赛克. 他保存了NES调色板中所有16色的 4-bit 颜色矩阵的低两 (2) 位 bit. 例如: VRAM Contents of Colour Addr Pattern Table Result - - - $0000: %00010000 = $10 -+ .1. Periods are used to . %00000000 = $00 | .2.2. represent colour 0. . %01000100 = $44 | .3.3. Numbers represent . %00000000 = $00 +- Bit 0 2.2. the actual palette . %11111110 = $FE | 1111111. colour #. . %00000000 = $00 | 2.2. . %10000010 = $82 | 3.3. $0007: %00000000 = $00 -+ . $0008: %00000000 = $00 -+ . %00101000 = $28 | . %01000100 = $44 | . %10000010 = $82 +- Bit 1 . %00000000 = $00 | . %10000010 = $82 | . %10000010 = $82 | $000F: %00000000 = $00 -+ 上面的 Pattern Table 的结果就是字符 A，就像右上角的 Colour Result 部分显示的. E. Attribute Tables - Attribute Table 的每一个字节都描述了显示器上的一个 4*4 马赛克组. 有许多种方法来描述 Attribute Table 中一 (1) 个字节的函数是怎样的: * 保存了 32*32 像素格子 中每 16*16 像素 的高两 (2) 位. * 保存了 十六 (16) 个 8x8 马赛克中的 高两 (2) 位. * 保存了 四 (4) 个 4*4 像素格子 的高两 (2) 位. 这样说确实很乱; 下面的两个图表将有所帮助: +-+-+ | Square 0 | Square 1 | #0-F represents an 8x8 tile | #0 #1 | #4 #5 | | #2 #3 | #6 #7 | Square x represents four (4) 8x8 tiles +-+-+ (i.e. a 16x16 pixel grid) | Square 2 | Square 3 | | #8 #9 | #C #D | | #A #B | #E #F | +-+-+ 真正的 attribute byte 格式如下 (与上面的相比较): Attribute Byte (Square #) - 33221100 |+- Upper two (2) colour bits for Square 0 (Tiles #0,1,2,3) |+- Upper two (2) colour bits for Square 1 (Tiles #4,5,6,7) |+- Upper two (2) colour bits for Square 2 (Tiles #8,9,A,B) +- Upper two (2) colour bits for Square 3 (Tiles #C,D,E,F) F. 调色板 - NES有两个 16色 调色板: 图形调色板和子图形调色板. 因为他们不储存物理RGB值，所以 比起一个真正的调色板，它们更像 查找表格. 写到 $3F00-3FFF 的 D7-D6 字节将被忽略. G. Name Table 镜像 - 需要紧记的一点是在理解NES的时候，有许多镜像表格. 即使在使用 CHR-ROM-mapped Name Tables (mapper-specific). NES本身只有 2048 ($800) 字节的RAM给 Name Tables. 然而，就像在 Subsection B 中所表现 得那样 NES 有升至 四 (4) 个 Name Tables 的地址容量. 缺省的是许多 carts 伴随的是 水平 和 垂直 的镜像，允许你修改 Name Tables 所指向的NES PPU RAM 的位置. 这个镜像表格同时作用于两 (2) 个Name Tables; 你不可以独自选择 Name Tables. 下面的表格将帮助理解NES中遇到的所有镜像类型. 请注意显示的地址 (大小为 12-bit) 都是 NES PPU RAM 的 Name Table 的一部分; 有人为认为这些与VRAM区域中的 $2xxx 同义: Name NT#0 NT#1 NT#2 NT#3 Flags +-+-+-+-+-+-+ | Horizontal | $000 | $000 | $400 | $400 | | | Vertical | $000 | $400 | $000 | $400 | | | Four-screen | $000 | $400 | $800 | $C00 | F | | Single-screen | | | | | S | | CHR-ROM mirroring | | | | | C | +-+-+-+-+-+-+ F = 依赖于扩展的 2048 ($800) RAM (kept on the cart) 的四屏镜像，导致四 (4) 个独立的物理 Name Tables. S = 拥有映射表 mapper 的单屏游戏，允许你选择哪个PPU RAM区域来使用 ($000, $400, $800, $C00); 所有的 NT 都指向同样的 PPU RAM 地址. C = 映射表 #68 (Afterburner 2)，允许你将 CHR-ROM 镜像到 NES 的 PPU RAM 区域中 Name Tables 区域. 很自然的这使得 Name Table 成为 ROM 基础，并且不能对它写入. 然而，这个特点可以通 过映射表本身进行控制，使得你打开或关闭这个特点. H. 调色板镜像 - 镜像发生在图形调色板和子图形调色板之间. 任何写入 $3F00 的数据都被镜像到 $3F10. 任何写入 $3F04 的数据都被镜像到 $3F14，如此. 如此. 在图形调色板和子图形调色板的高三 (3) 色 Colour #0 被定义为透明 (实际上那里储存的颜色不被显示). PPU 使用 $3F00 来定义背景色. 另一个长一些的解释，如下: * $0D 被写入 $3F00 (镜像到 $3F00) * $03 被写入 $3F08 (镜像到 $3F08) * $1A 被写入 $3F18 * $3F08 被读入 累加器 accumulator PPU 使用 $0D 作为背景色，不论 $3F08 饱含了 $03 的值 (因为所有的调色板中的 colour #0 都被定义为 透明色，它不被显示). 最后，累加器将保存 $1A 的值，它是 $3F18 的镜像. 然后 $1A 不被显示，因为 colour #0 为透明色. 图形和子图形调色板都被镜像到其他的VRAM区域; $3F20-3FFF 分别是他们的镜像. 被写入 $3F00-3FFF 的 D7-D6 字节被忽略. I. 背景卷轴 - NES能够独立于在背景之上的字画面来卷动背景 (pre-rendered Name Table + Pattern Table + Attribute Table). 背景能被水平和竖直卷动. 卷轴工作如下: Horizontal Scrolling Vertical Scrolling 0 512 +-+-+ +-+ 0 | | | | | | A | B | | A | | | | | | +-+-+ +-+ | | | B | | | +-+ 480 Name Table A 是通过在寄存器 $2000 中的 Bits D1-D0 来指定的，B 接下来的 Name Table (由于镜 像，这是动态的). 它在同时使用水平和竖直卷轴的游戏时不工作. 背景将跨越多个 Name Table，就像这里展示的: +-+-+ | Name Table #2 | Name Table #3 | | ($2800) | ($2C00) | +-+-+ | Name Table #0 | Name Table #1 | | ($2000) | ($2400)