KIT-RX65Nでnesemu(≒ファミコンエミュレーター)の動作に成功

最近はESP32のM5Stackが流行っているようですがー、日本人なら、
ルネサスの「ENVISION KIT-RX65N」 ですよ!

Space Invaders は、元々、モノクロで、8080の2MHzくらいのシンプルなハード
なので、まぁ動くと思っていたが、nesemu は、カラーで、スプライトや、BGなど、
CPU(6502、1.7MHz)以外にも、かなり多くのハードウェアーをエミュレ
ーションする必要があるので、正直、普通に動作するとは思っていなかったが、駄目元
で、一応動作テストをしてみた。

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以前に、ESP32をやろうと思い、ソースコードのアーカイブを観ていたら、nesemu
のコードがあり、興味を持った。
とりあえず、nesemu 部分のソースを取ってきて、実験的に、Windows 上の OpenGL 環境
で動作試験を行った。
※その過程で、nesemu 関係のコードで、ポーティングに不都合な部分を色々修正した。
当然ながら、Windows 環境では問題無く動作するようになり、OS-Xでも試したが、
どうにも、サウンドストリームを適切に流す事ができず(ノイズが入る)に、中途な状
態で放置してあった。

nesemu のソースはCなので、丸ごと持ってきて、追加してコンパイルが通るまでは直ぐ
出来た、また、カラーテーブル付インデックスカラーを、RX65Nのフレームバッファ
にレンダリングする部分も一瞬で出来たが、動作するにはそこそこの時間が必要だった。
その過程で、POSIXのファイル操作関数にバグがある事が判り、修正したら、直ぐ
に走る事が判った。
※ファイルのシーク関数のステート判定に誤りがあった。

前から判っていた事ではあるが、STLを使うと、非常に多くのメモリーを消費する。
「vector だけならまぁいいか」と思っていたが、実際には、vector を使うには、他の
クラスも必要で、何だかんだ100K近くのRAMを消費して、ROMも250K程余
分に消費する・・・
※I/Oストリームなどを入れると500K近く消費する・・・
なので、vector を諦め、malloc で実装して、余分なメモリーをダイエットした。

RX65Nは二つのメモリーブロックがある。
一つは256K(0x00000000から始まる)、もう一つは384K
(0x800000から始まる)、以前は、RX64Mなどと同等に最初のブロックを
メインメモリにしていた。
LCDのフレームバッファとして16BPPなら255K(480×272×2)のメモ
リーはどうしても必要なので、これを、先頭の256Kに割り当て、メインRAMは後
半の384Kを使うようにリンクローダのスクリプトを修正した。
※この過程で、「start.s」のRAMクリアルーチンにバグがある事が判り修正した。
※RAMは0番地から始まる前提だった・・・

次に、サウンドのバインドを行った。
ファミコンのサウンドをソフトでエミュレーションするのは、そこそこ大変で、処理負
荷も高くなる。
サウンドのエミュレーションを有効にしたら、処理落ちする・・
また、1MビットROMのカートリッジはメモリー不足で動作しなくなった・・
※これは、サウンド関係でメモリを多く消費する為のようだ・・

            if(nesrom_) {
                apu_process(audio_buf_, audio_len_);
                nes_emulate(1);
            }
// nesemu.hpp の apu_process をコメントアウトすると、1Mカットリッジのゲームが走る(音無)

現状のコードでは、D/A出力用のコードが追加された為1Mビットのカートリッジは、
音無でも動作しない。

「処理落ち」を解消する為、一番処理負荷が高そうな部分に見当を付け、最適化してみ
た・・
本来、ファミコンエミュレーターは8ビットのインデックスカラーなので、LCDコン
トローラーの設定をそうすれば良さそうだが、ドライバーを手直しする必要があり、時
間がかかりそうなので、とりあえず、ビデオのコピー処理を最適化した。
それだけで、サウンドも大体スローダウンする事なく鳴るようになった。

Dragon Quest
GRADIUS

まだ、ソフトの完成度はあまり高く無いが、とりあえず、動作する・・

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ファミコンのパッドは、C-MOS4021B、シフトレジスターを使ったもので、
簡単に繋げる。
自分は互換ファミコンのパッドを流用した、5本のコードで接続する。
赤:VCC(本来は5Vだが、3.3Vでも動作する)
黄:GND
青:P/S(P60に接続)
茶:CLK(P61に接続)
白:OUT(P62に接続)

※良く考えたら、ファミコンパッドで使っているICはCMOSで電流をほとんど消費し
ないと思うので、配線を簡略化する為、ポートから供給する事にしたので、ピンアサイン
を変更。
赤:VCC(P60に接続)
黄:GND(P61に接続)
青:P/S(P62に接続)
茶:CLK(P65に接続)
白:OUT(P73に接続)

※このポートは、CN2を使う。

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将来的には、「.NES」ファイルを選択したり、ステートのセーブなど、必要な GUI を揃
えたりする予定だが、まだ色々パーツ(ソフト)が揃っていない為、少し時間がかかると
思う。
なので、現状、どのように動作させるか、簡単に記しておく。
・SDカードのインターフェースが必要。(NESファイルを読み込む為)
・D/Aコンバーター出力をアンプに繋ぐ必要がある。(音が欲しいなら)
※ファミコンはモノラルだが、ステレオ出力にしてある。
・ファミコン互換のジョイパッドを接続する必要がある。
・「.NES」ファイルを用意する必要がある。(ぐぐって欲しい)
現在、どのNESファイルを起動するか、「nesemu.hpp」に直接記述してあるので、それ
を修正する。

void service(void* org, uint32_t xs, uint32_t ys)
{
    if(delay_ > 0) {
        --delay_;
        if(delay_ == 0) {
            open("GALAXIAN.NES");
//          open("GRADIUS.nes");
//          open("DragonQuest_J_fix.nes");
//          open("Dragon_Quest2_fix.nes");
//          open("Solstice_J.nes");
//          open("Zombie.nes");
         }
     }
.
.
.

ソースコード