Новый графический режим для игр

[zx-kit]

Изучив режимы ZX-EVO, можно сделать такие выводы:

• Они используют страницы ОЗУ, которые используются в модели 128K - это плохо.
• Они могут включать страницы графики в любое окно по 16К - это хорошо.
• Последовательность байтов и битов сложная - это плохо.
• Экраны или их части располагаются с адреса, отличного от 0 - это плохо.
• Возможна палитра 16->64 цвета - это хорошо.

Что можно улучшить - упростить и ускорить ?:

• Графику расположить с 0 адреса - это упростит и ускорит определения адреса в ОЗУ экрана.
• Использовать другие страницы свыше 8 страниц режима 128K. Это позволит дорабатывать старые игры.
• Адресацию сделать непрерываной. Это упростит копирование спрайтов.
• Биты атрибутов сгруппировать по 4.
• Дополнительные экраны тоже размещать с адреса 0.
• Фон рисовать в нижнем слое, а спрайты в верхнем. Это устранит клешинг атрибутов.

Давайте сделаем новый режим 256x192 NEWATTR CONTINUOUS 2 LAYERS+SELECTOR:

Для работы с графикой в новых режимах будем временно отключать ПЗУ компьютера. Для этого в шине ZX-BUS есть специальный сигнал.
Будет два основных слоя - нижний и верхний, а также вспомогательный слой-селектор. Основные слои похожи на обычные экраны ZX Spectrum, но с оптимизированной адресацией. Слой селектор показывает, из какого слоя отображать точку на экране TV/VGA. 0 - из нижнего, 1 - из верхнего.
Адресация байтов у всех слоев одинаковая. Экран можно представить состоящим из 32х24 клеток размером 8х8 пикселов. У каждой клетки цвет задается байтом NEWATTR. Биты D7-D4 задают цвет единичного пиксела COLOR1, а биты D3-D0 задают цвет нулевого пиксела COLOR0.

Адрес HL в области пикселов по координатам X,Y клетки можно определить так: H=X, L=Y*8 (сдвиг влево три раза).
Адрес HL в области атрибутов по координатам X,Y клетки можно определить так: H=X, L=Y+192 (OR $00C0).
Нужный экран временно подставляется в окно с 0 адреса. Для этого в специальный порт записывается номер страницы.

Чем новый режим лучше стандартного:

• Линейная адресация с 0 адреса упрощает и ускоряет вычисление адреса в области пикселов и атрибутов.
• При копировании блока размером более 8 байтов по-вертикали нет необходимости контролировать переход в другой сектор (треть) экрана, что делалось для старого экрана.
• Возможность ускорения копирования спрайтов с помощью новых комбинаций команд Z80 (змейкой и т.п.).
• Атрибуты задают независимую яркость цветов для 0 и 1 пикселов.
• Нет клешинга атрибутов при движении спрайтов, так как их можно отображать в верхнем слое.
• Не надо сохранять и восстанавливать фон при движении спрайта.
• Использвание дополнительных страниц вне основного ОЗУ позволяет дорабатывать старые игры, использующие все 8 страниц 128 К.

[Advertiser]

[zx-kit]

Мы когда-то обсуждали узким коллективом очень давно, на какую внешнюю видеокарту было бы проще переделывать старые игрушки. Схема приблизительно такова - перехват на шине записи в экранную область Спека и соотв-но запись в память видеокарты до восьми пикселей (многобитных, но для совместимости на два цвета атрибуты будут влиять; после резета эти два и привязаны к 0 и 1 спектрумовской записи в растр). Далее, вывод спрайта в большинстве игрушек такой примерно: чтение (побайтно) с экрана, чтение маски, чтение спрайта, AND с маской, OR со спрайтом, запись в экран. Это всё достаточно заменить на: чтение маски, запись маски, чтение спрайта, запись спрайта. И при входе в процедуру включить режим, при котором при каждой чётной записи в экран единицы - прозрачный цвет, а нули - цвет маски (допустим, чёрный); а для каждой нечётной записи нули - прозрачный цвет, единицы - цвет спрайта. Потом выключить (для оставленных без изменений процедур печати фона, текста, стирания). Это если минимально хотим вмешаться, только чтобы клэшинг убрать. Правда, на старом спековском экране спрайты будут затирать фон (что неважно, если вывод только через новую видеокарту предполагается, а можно сделать, чтоб игра и на обычном Спеке шла без отличий, а через видеокарту - уже без клэшинга, лишь слегка замедлится процедура из-за лишней записи фона с маской).

Предложенный мной выше режим со слоями тайлов, спрайтов и селектором подходит для этого ? Может его еще можно улучшить или вернуть старую раскладку битов цвета в байте атрибутов для упрощения переделки игр ?

---------- Post added at 07:30 ---------- Previous post was at 07:12 ----------

Alex Rider, можно ли под предложенный выше режим переделать игру типа Saboteur 2 ? Стоит ли менять раскладку битов атрибута или лучше оставить страой ? Оставить 256х192, так как старые игры в этом разрешении или немного увеличить количество точек ?
---------------------------------------

Наверно стоит начать с простого и основного, а потом переходить к более сложному:

разработать стандартный режим 50 Гц SCART
VGA60 для стандартного режима
палитру ULA+
изготовить опытный образец видеокарты
описанный выше режим с линейной адресацией с одним слоем с адреса 0000.
добавить второй слой с адреса 0000 и слой селектор тоже с адреса 0000
объявить конкурс игр для режима с линейной адресацией.
, , .
А уже потом добавлять другие возможные расширения:
режим ATM 320x200 16c
режим 320х240 с аппаратной точкой 32K цветов.
добавить блиттер для спрайтов с 256 цветов на точку без палитры
добавить палитру 256->32К цветов
добавить автоматическое построение фона из карты тайлов
добавить статическую и динамическую области для экрана
режим 640х480.

Возможно не все режимы получатся. Начнем с простых, а потом постепенно, совместными усилиями энтузиастов будем добавлять новые режимы.

[AndyD]

Наверно стоит начать с простого и основного, а потом переходить к более сложному:

Да,надо сделать для начала стандартный спековский экран ,

изготовить опытный образец видеокарты

за основу можно взять разработки IanPo.
По памяти, в идеале ,что бы можно было проецировать любую область памяти в видео память,чтоб не пересылать данные в 0й адрес ,а потом отправлять в видео.Чтение из видео в любую область памяти.

Может его еще можно улучшить или вернуть старую раскладку битов цвета в байте атрибутов для упрощения переделки игр ?

Считаю ,что переделка игр в любом случае простой не получиться,нужно много переписывать,тогда и подгонки нового режима под спековкий теряет смысл,новый режим должен быть удобным для кодера и максимально быстр,а графику все равно перерисовывать придется,тогда надо сделать это максимально удобно и просто.

Если делать разрешения 640х480 то без дма и внешнего накопителя просто не обойтись , использовать винт как расширение памяти тогда видео памяти можно распаять не много но быстрой,да и нужно звук чтобы был,вот это будет реальный акселератор для спека.

[MVV]

Отладил работу контроллера SDRAM в пакетном режиме на плате ReVerSE-U16 (EP4CE22E22C7; MT48KC16M16A2-75) в тестовой конфигурации, теперь есть привязка ко времянкам:

SDRAM:
Base Clock = 126MHz, 1T = 7,936507936507937ns
SDRAM Clock = 126MHz (<=133MHz, CL=3)
CL = 3
Burst = 8 (Auto Precharge)
WR = 15T = 119,047619047619ns
RD = 14T = 111,1111111111111ns
REFRESH = 9T = 71,42857142857143ns (>=66ns) Auto Refresh каждые 7.81us

HDMI:
Serializer Clock = Base Clock = 126MHz
Pixel Clock = 25.2MHz (126/5)

Palette 24bpp:
Red = 1KB (<=4 страницы)
Green = 1KB (<=4 страницы)
Blue = 1KB (<=4 страницы)

Mode (на данный момент реализованы):
1) VGA 640x480@60Hz 24bpp/15bpp/8bpp, INT = 60Hz. Базовое разрешение.
2) VGA 320x240@60Hz 24bpp/15bpp/8bpp, INT = 60Hz.
3) Text VGA 640x480@60Hz 3bpp, где аппаратно 80х30 символов 8x16, знакогенератор 4KB
4) ZX-Spectrum VGA 640x480@60Hz 2bpp, где (border left 32+screen 256+border right 32; border top 24+screen 192+border bot 24), INT = 60Hz.

CPU:
1) NextZ80@42MHz..2MHz (126/x, где x=3..63)
2) NextZ80@42MHz..2MHz (126/x, где x=3..63)
3) T80@126MHz..2MHz (126/x, где x=1..63)

В разработке:
DMA
Арбитр памяти SDRAM-Cache-CPU1/CPU2/CPU3/DMA/VGA
Cache для CPU

Сейчас тестовая программа крутится во внутренней памяти FPGA (проверка SDRAM) на NextZ80@42MHz, отладочная информация выводится в текстовом режиме.
Важно сделать арбитр памяти и кэш, чтобы запустить графический режим для отладки. Кто возьмется?

Если делать разрешения 640х480 то без дма и внешнего накопителя просто не обойтись

SDHC 32GB не подойдет?

[AndyD]

SDHC 32GB не подойдет?

Если на ReVerSE-U16,ЕvO то да ,а если на видео еще одна флешка будет,то как к ней будет обращатся спек? если конечно собираетесь делать видео карту.

[zx-kit]

Отладил работу контроллера SDRAM в пакетном режиме на плате ReVerSE-U16 (EP4CE22E22C7; MT48KC16M16A2-75) в тестовой конфигурации, теперь есть привязка ко времянкам:

SDRAM:
Base Clock = 126MHz, 1T = 7,936507936507937ns
SDRAM Clock = 126MHz (<=133MHz, CL=3)
CL = 3
Burst = 8 (Auto Precharge)
WR = 15T = 119,047619047619ns
RD = 14T = 111,1111111111111ns

Отлично - то что надо ! Где можно посмотреть ? Может будешь выкладывать здесь ?

REFRESH = 9T = 71,42857142857143ns (>=66ns) Auto Refresh каждые 7.81us

Предлагаю для простоты сделать 5 циклов регенерации после каждого строчного синхроимпульса VGA 60 Hz. Естественно, если будет запрос к памяти от Z80, то регенерацию отложить.

HDMI:
Serializer Clock = Base Clock = 126MHz
Pixel Clock = 25.2MHz (126/5)

Это тоже отлично. Сделай, пожалуйста, для Speccy2010 такую же модель, только выход на аналоговый VGA. На биты D7, D1, D0 каждого цапа R-2R надо подать 0. На остальные 5 - цвета 32К.

Palette 24bpp:
Red = 1KB (<=4 страницы)
Green = 1KB (<=4 страницы)
Blue = 1KB (<=4 страницы)
Mode (на данный момент реализованы):
1) VGA 640x480@60Hz 24bpp/15bpp/8bpp, INT = 60Hz. Базовое разрешение.
2) VGA 320x240@60Hz 24bpp/15bpp/8bpp, INT = 60Hz.
3) Text VGA 640x480@60Hz 3bpp, где аппаратно 80х30 символов 8x16, знакогенератор 4KB
4) ZX-Spectrum VGA 640x480@60Hz 2bpp, где (border left 32+screen 256+border right 32; border top 24+screen 192+border bot 24), INT = 60Hz.

Не надо гнаться за 24 битами - это замедлит работу карты и усложнит прошивку. Давай для начала сделаем без палитры 1 байт на точку. 16 стандартных цветов. Когда все заработает - добавим палитру 256-32K.
Все режимы, для начала стандартный, выводить сначала в буфер экрана, а потом с нужной частотой выводить на VGA.

CPU:
1) NextZ80@42MHz..2MHz (126/x, где x=3..63)
2) NextZ80@42MHz..2MHz (126/x, где x=3..63)
3) T80@126MHz..2MHz (126/x, где x=1..63)

В разработке:
DMA
Арбитр памяти SDRAM-Cache-CPU1/CPU2/CPU3/DMA/VGA
Cache для CPU

Предлагаю для начала не усложнять, упростить по максимуму, частоту Z80 сделать 3.5 MHz. Режим предполагается для большинства компьютеров. Тем более на больших частотах доступ к SDRAM может быть усложнен. Пока без ДМА.

Сейчас тестовая программа крутится во внутренней памяти FPGA (проверка SDRAM) на NextZ80@42MHz, отладочная информация выводится в текстовом режиме.
Важно сделать арбитр памяти и кэш, чтобы запустить графический режим для отладки. Кто возьмется?

Запись/чтение Z80<->SDRAM ? Давай сначала сделаем стандартный режим ZX Spectrum c выводом через буфер экрана и регенерацию. Записывать в буфер экрана надо с частотой развертки TV 50 Hz, чтобы изображение было аналогично тому, что выводится на телевизор.

Наверно, самый компактный по размерам спрайтов и тайлов и быстрый режим, когда в буферах спрайтов, тайлов и экрана на каждую точку приходится 8 бит. То есть за один пакет будет читаться-писать по 16 точек. Надо создать 32 регистра по 8 бит. За один пакет из SDRAM будем заполнять 16 регистров. Читать из регистров с частотой точек для данного режима. Для начала 12.6 MHz. То есть, каждый десятый такт 126 MHz. Для других режимов эти числа потом можно будет брать из мультиплексора.

Палитру можно будет потом добавить после буфера VGA. Сначала без палитры. Про буфер VGA я писал выше, только там было для режима 16 бит на точку, а нам надо 8 бит на точку. Затем добавим доступ Z80.

SDHC 32GB не подойдет?

Какие сейчас системы загрузки есть и их особенности ? Какая лучшая ?

[MVV]

Сделай, пожалуйста, для Speccy2010 такую же модель

Сейчас минимум. Первая проблема - у меня нет Speccy2010, вторая - придется каждый раз переносить конфигурацию с U16 с учетом особенностей архитектуры, FPGA и сделанных правок, а это дополнительная работа и время.
На Speccy2010 затруднен прямой доступ к SD, нужно пилить МК или паять второй разъем SD, также подгонять кэш под M4K.
Кто ещё будет заниматься проектом на Speccy2010, на U16...? Также нужен программист, нужно будет написать хоть драйвера под железо и демо примеры. Возможно кто-то согласится помочь за вознаграждение.

[zx-kit]

Сейчас минимум. Первая проблема - у меня нет Speccy2010, вторая - придется каждый раз переносить конфигурацию с U16 с учетом особенностей архитектуры, FPGA и сделанных правок, а это дополнительная работа и время.
На Speccy2010 затруднен прямой доступ к SD, нужно пилить МК или паять второй разъем SD, также подгонять кэш под M4K.
Кто ещё будет заниматься проектом на Speccy2010, на U16...? Также нужен программист, нужно будет написать хоть драйвера под железо и демо примеры. Возможно кто-то согласится помочь за вознаграждение.

Надо сделать так, чтобы большинство модулей, связанных с новыми видеорежимами было одинаковыми. Их и будем менять. А частоту тактовых, распределение выводов FPGA, VGA- выход почти меняться не будут.

Зато я и другие, у кого есть Speccy2010 смогут присоединиться к разработке и тестированию. Пока модули можно выкладывать здесь. Потом, когда устареют сотрешь. Так все желающие смогут скачать одним файлом, посмотреть, запустить. Пока на Speccy2010 придется паять второй SD-разъем. Только нужно написать как и как прошивать. Потом может syd или другой специалист доработает.

Также, если будут прошивки под два компьютера, то больше шансов, что найдется программист, у которого будет возможность поэкспериментировать с новыми режимами.

---------- Post added at 14:54 ---------- Previous post was at 14:44 ----------

Давай пока обойдемся без палитр и кэша. Как все заработает, тогда будем думать и добавлять.

---------- Post added at 15:09 ---------- Previous post was at 14:54 ----------

Также нужен программист, нужно будет написать хоть драйвера под железо и демо примеры. Возможно кто-то согласится помочь за вознаграждение.

Драйвера не нужны - мы же не WINDOWS пишем. Когда отладим режимы, можно будет устроить конкурс игр с призами.

[MVV]

Давай пока обойдемся без палитр и кэша. Как все заработает, тогда будем думать и добавлять.

Палитру я уже сделал, остается самое основное - арбитр памяти. Нужно связать CPU, VGA с SDRAM.
Проект создам у себя на github.

[zx-kit]

Палитру я уже сделал, остается самое основное - арбитр памяти. Нужно связать CPU, VGA с SDRAM.
Проект создам у себя на github, так намного удобнее будет нескольким разработчикам работать над проектом в ветках, вести историю исправлений и вносить исправления, комментировать.

Сначала сделать чтение из буфера экрана размером 320х240 точек в буфер VGA. Потом запись стандартной графики в буфер экрана. Каждую точку экрана спектрума, включая бордер представить в виде одного байта и записать в буфер экрана.

Как только FPGA определит, что команда чтения или записи Z80 в/из ОЗУ должен подаваться запрос на доступ к ОЗУ - устанавливаться флаг или бит. Это значит, что как только будет закончен текущий пакет обращения к SDRAM со стороны блиттера или буфера VGA - следующий пакет будет отдан Z80. Так как пакеты по 8 слов можно выбрать один байт в первом слове. Остальные байты игнорировать соответствующими управляющими сигналами на SDRAM.

Как только произведен обмен Z80-SDRAM сбрасывать флаг доступа Z80 и следующий пакет могут использовать AUTO REFRESH, буфер VGA или блиттер. Пока блиттера нет. А AUTO REFRESH будем делать 5 циклов в начале строки. После этого загружаем 16 слов в буфер VGA. Как только начнется активная часть строки - начинаем брать по 1 байту из буфера VGA и выводить в ЦАП/HDMI. Во время кадрового бордера читать в буфер VGA не надо.

---------- Post added at 15:41 ---------- Previous post was at 15:31 ----------

Так как экран спектрума у тебя уже показывает - пока можно добавить запись этих точек в буфер экрана. Наверно в качестве ОЗУ у тебя кэш. Потом эти же данные будем брать из SDRAM.

Самый высоких приоритет при доступе к SDRAM будет у Z80. Затем AUTO REFRESH. Затем чтение из буфера экрана в буфер VGA. Затем чтение из экранной области стандартного ZX Spectrum-a и запись точек в буфер экрана. Самый низкий приоритет будет у блиттера.

В новых режимах чтение из экранной области стандартного ZX Spectrum-a и запись точек в буфер экрана не требуется. А в старых режимах не будет блиттера.

---------- Post added at 15:56 ---------- Previous post was at 15:41 ----------

Допустим, флаги имеют имена F1...F5 соответственно. 1- когда установлен. Чтобы определить, какой будет следующий пакет SDRAM анализируем флаги:
F1=1 - значит Z80.
F1=0, F2=1 - значит AUTO REFRESH.
F1=0, F2=0, F3=1 - значит буфер VGA и т.д.

Соответственно на SDRAM с помощью мультиплексора подаем адреса с Z80 или соответствующих счетчиков.
Флаг F2 устанавливать в начале каждой строки VGA и сбрасывать после выполнения 5 циклов регенерации. Флаг F3 устанавливаем как только прочитали и выдали на VGA 16 точек. Сбрасывать - когда загрузили из буфера экрана в буфер VGA (32 регистра по 8 бит) следующие 16 точек.