CHIP-8 模拟器

March 16, 2018 阅读时间：3 分钟

来自计算机组成原理课程设计的项目。

介绍

为什么要做它

计算机组成原理的实验课要用高级语言写一个 Virtual Machine ，第一步是先交设计报告，这几天就一直在思前想后要做什么样的 VM 。软件重制上学期的 Proteus CPU 的话实在太寒碜，想写个 Y86 仿真工程量又太大。今天上课的时候看到朋友在查 NES 模拟器，受到启发，做一个游戏机模拟器的话多有意思，还能运行游戏成就感满满啊。原本就对早期的游戏很感兴趣，上世纪中旬电子游戏刚兴起的时候，那些游戏都是鼻祖呢。之后便开始搜集资料了，根据历史，最早的游戏是在实验室的示波器上玩的，之后是在 PDP-1 机器上，再之后出现了第一台街机。然而这些机器关注度不高，开发文档也比较少。之后比较热门的是 NES 游戏机（日本的 FC ）。还有一个我比较感兴趣的 Gameboy。深入了解之后发现要实现它们的工作量实在是有点大，大约是个半年多的项目，拿来做二分之一的 Final Project 有些蠢萌。（Gameboy 系列有 Gameboy Color 和 Gameboy Advanced 两个升级版， GBA直接就 ARM7指令集了，虽然非常非常想做但那还是太不自量力了。）在我抱着对巨大工作量的恐惧浏览 NES 相关资料的时候，发现了一个神奇的东西 —— Chip-8。

这是一个1970年提出的解释性编程语言（interpreted programming language），运行在专用的 CHIP-8 Virtual Machine 上，为了帮助人们更方便的开发游戏。 Developer: Joseph Weisbecker. 当然，重点是， Chip-8 大约是我目前可以实现的最简单的实际存在的仿真项目了。 So just work on it, let’s go.

机器概览

首先要找到关于 Chip-8 VM 的详细信息，以下内容整理自维基百科。

内存

CHIP-8 有 4K(0x1000) 内存， 8 位字长（chip 8 的由来）。 CHIP-8 解释器占据内存前 512 字节(0x200)，最高的 256 字节(0xF00-0xFFF)为显示刷新预留，它下面的 96 字节(0xEA0-0xEFF)为堆栈、内部使用和其他变量保留。

在现在的实现中，解释器作为外部代码不需要再放在内存中运行，但一般会在低 512 字节中存储字体数据。

寄存器

CHIP-8 有 16 个 8 位寄存器，从 V0 到 VF。 VF 寄存器作为一些指令的标志位，应当避免使用。（加法中进位标志，减法中无借位标志，绘图中与像素碰撞有关）

地址寄存器的名字叫做 I，有 16 位字长，与几个内存操作指令有关。

堆栈

堆栈只在子程序被调用时存储返回地址。现在的实现通常有最少 16 层。

计时器

CHIP-8 有两个计时器。它们以 60 Hz 的速度 count down，直到 0 。

延迟寄存器：用于为游戏中的事件计时，它的值可以被设置和读取。
声音寄存器：用于声音效果，如果它的值不是0，发出蜂鸣。

输入

输入设备是一个 0 到 F 的 hex keyboard 。其中 8462 通常被用于方向输入。有三条指令用于检测输入。一个是当某个特定键被按下时跳过一条指令，另一个在没有按键时跳过一条指令。第三个等待一个键盘输入，并把它保存在一个寄存器里。

图形与声音

原生的 CHIP-8 显示分辨率为 64×32 像素，单色。图像通过向屏幕绘制宽 8 ，高 1 到 15 的 sprites 实现。 Sprite 像素与对应位置屏幕上的像素点异或，因此是在反转屏幕对应位置的像素点。在一个 sprit 被画出时，如果屏幕上有像素点从亮变暗， VF 寄存器就会被设置为 1 ，否则为 0 。这被用于碰撞检测。

声音部分在声音寄存器中说过。

操作码表

CHIP-8 有 35 个操作码，全部是 2字节长，以大端法储存。下面是列表，标志如下：

NNN: 地址
NN: 8 位常数
N: 4 位常数
X and Y: 4 位寄存器标识符
PC : 程序计数器
I : 内存寻址用16位寄存器

懒的翻译了……表格详见维基百科

介绍

为什么要做它

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输入

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