Programação para Atari 2600

game program™PROGRAMAÇÃO PARA ATARI 2600 Use with Joystick Controllers

Proposta Entender o que torna o Atari tão diferente de outros sistemas, aprendendo o básico para escreverum “Hello, World” e poder apreciarclássicos como Enduro ou Pitfall! pela habilidade de seus criadores http://slideshare.net/chesterbr

Palestrante @chesterbr http://chester.me

Atari 2600(Video Computer System)

imagem: mitchelaneous.com Mais de 600 jogos...

mas por que eram tão... “Atari”?

Por dentro do Atari (Jr.) Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)

CPU: 6507Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)

CPU: 6507 2 650Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)

Video: TIAFotos: Larry Ziegler (2600 CE)

Todo o resto: RIOT (6532) Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)

Mapa da Memória0000-002C – TIA (Escrita)0030-003D – TIA (Leitura)0080-00FF – RIOT (RAM)0280-0297 – RIOT (I/O, Timer)F000-FFFF – Cartucho (ROM)

Mapa da Memória 4 KBytes!F000-FFFF – Cartucho (ROM)esse nem é o maior problema...

Mapa da Memória 128 BYTES!!!!! (1/8 de KB) 0080-00FF – RIOT (RAM)e esse ainda não é o maior problema...

VRAM Um chip de vídeo típicotransforma padrões de bitsarmazenados em memória(VRAM) em pixels e cores

VRAM VRAM VRAM 38 44 44 7C 44 44 EE 00

VRAM Quanto mais memória (VRAM),maior a resolução, e variedade decores. Memória era cara nos anos 70/80, levando a um tradeoff. Quanta VRAM o Atari tem?

Mapa da Memória0000-002C – TIA (Escrita)0030-003D – TIA (Leitura)0080-00FF – RIOT (RAM)0280-0297 – RIOT (I/O, Timer)F000-FFFF – Cartucho (ROM)

Mapa da Memória????-???? – VRAM

Mapa da Memória 0 bytes !!!!????-???? – VRAM #comofas?

TIA(Television Interface Adaptor)

Funcionamento da TV Fonte: How Stuff Works

Scanlines 60 quadros (frames) por segundo Fonte: How Stuff Works

TIA opera em scanlinesPara cada scanline, você escreve em posições de memória do TIA que configuram “objetos desenháveis” É difícil mudar a cor/forma de um objeto numa mesma scanline

Isso explica vs.

E que objetos são esses?● Playfield (PF)● Players (P0, P1)● Missiles/Ball (M0, M1, BL)

PlayfieldUm padrão de 20 bits (representando cor de frente e cor de fundo) que ocupa o lado esquerdo da scanline. O lado direito repete o mesmo padrão, ou, opcionalmente, uma versão “espelhada” dele

PLAYFIELD

Configurando o playfield PF0 = 0000 ←← leitura PF1 = 00000000 leitura →→ PF2 = 00000000 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante████████████████████████████████████████

PlayersCada um dos players é um padrão de 8 bits com sua própria cor Ex.: 10100001 → ████████ Os dois padrões (GRP0/GRP1)podem aparecer na mesma scanline

PLAYERS

Players É possível esticar/multiplicar einverter o desenho de cada playerusando os registradores NUSIZn e REFPn (n=0 ou 1)

NUSIZn (em 5 scanlines) 000 001 010NUSIZn 011 100 101 110 111

Ligando o REFPn 000 001 010NUSIZn 011 100 101 110 111

NUSIZn

8 bits exigem criatividade vs.

Missiles/Ball Cada um representa um pixel na scanline, mas pode ter sua largura ampliada em 2, 4 ou 8 vezes.Os missiles têm as cores dos players,enquanto ball tem a cor do playfield.

MISSILES

BALL MISSILE

Idéia geral Para cada scanline, você configura oformato dos objetos (playfield, players, missiles/ball) e as cores/efeitos deles.O que você configura em uma scanlinevale para as seguintes, mas ainda assim o tempo é um problema

Contas de padaria:6502 ≈ 1,19Mhz (1.194.720 ciclos/seg) NTSC: 60 frames (telas) por seg1.194.720/60 ≅ 19.912 ciclos por tela

Contas de padaria: CPU: 19.912 ciclos por tela NTSC: 262 scanlines por frame19.912 / 262 = 76 ciclos por scanline

Contas de padaria: CPU: 19.912 ciclos por tela NTSC: 262 scanlines por frame19.912 / 262 = 76 ciclos por scanline e o que se faz com “76 ciclos”? (aliás, o que exatamente é um “ciclo”?)

Assembly 6502

6502 (no Atari)Executa instruções armazenadas naROM que manipulam e transferembytes entre o RIOT (RAM + I/O + timers) e o TIA, com o apoio de registradores internos.

Instruções Cada instrução é composta por um opcode (1 byte) seguido por um parâmetro (0 a 2 bytes)Dependendo do opcode, a instrução leva de 2 a 6 ciclos para ser executada

Registradores do 6502A = Acumulador (8 bits)X,Y= Índices (8 bits)S = Stack Pointer (8 bits)P = Status (flags, 8 bits)PC = Program Counter (16 bits)

Exemplo de Programa● Ler o byte da posição de memória 0x0200 para o acumulador (A)● Somar 1 (um) no A● Guardar o resultado (A) na posição de memória 0x0201

Código de Máquina 6502 AD Opcode (Memória→A) 00 2a. Parte de “0200” 02 1a. Parte de “0200” 69 Opcode (valor+A→A) 01 valor “01” 8D Opcode (A→Memória) 01 2a. Parte de “0201” 02 1a. Parte de “0201”

Linguagem AssemblyAtribui a cada opcode uma sigla (“mnemônico”) e define uma notação para os parâmetros

Código de Máquina 6502 AD Opcode (Memória→A) 00 2a. Parte de “0200” 02 1a. Parte de “0200” 69 Opcode (valor+A→A) 01 valor “01” 8D Opcode (A→Memória) 01 2a. Parte de “0201” 02 1a. Parte de “0201”

Assembly 6502AD LDA $0200000269 ADC #01018D STA $02010102

Assembler (Montador)Programa que lê um arquivo-texto escrito em linguagem Assembly emonta o arquivo binário (código de máquina) correspondente foo.asm foo.binLDA $0200 ASSEMBLER AD000269ADC #01 018D0102STA $0201 ......

DASM● Macro Assembler 6502● Inclui headers para Atari● Multiplataforma● Livre (GPLv2) http://dasm-dillon.sourceforge.net/

Notação (para hoje)#... = valor absoluto$... = endereço, em hexa$..., X = endereço + X, em hexa#$... = valor absoluto em hexa http://www.obelisk.demon.co.uk/6502/addressing.html

Instruções do 6502 = mais relevantes para o Atari

Transferindo Dados LDA, LDX, LDY = Load STA, STX, STY = Store TAX, TAY, TXA, TYA, TSX, TXS = TransferLDA #$10 0x10→ASTY $0200 Y→m(0x0200)TXA X→A

Aritmética ADC, SBC = +,- (C=“vai um”) INC, DEC = ++,-- (memória) INX, INY, DEX, DEY = ++,--ADC $0100 m(0x100)+A→AINC $0200 m(0x200)+1→ m(0x200)DEX X-1→X

Operações em BitsAND, ORA, EOR = and, or, xor (A)ASL, LSR = Shift aritmético/lógicoROL, ROR = Shift “rotacional”AND #$11 A&0x11→ALSR A>>1→A (A/2→A)ROR A>>1 (bit 7=carry)

Comparações e DesviosCMP, CPX, CPY = compara A/X/Y (-)BCS, BCC = desvia se Carry/NãoBEQ, BNE = desvia se Equal/NãoBVS, BVC = desvia se Overflow/NãoBMI, BPL = desvia se Minus/PlusCPY $1234 se y=m(0x1234),BEQ $0200 0x0200→PC

Pilha e SubrotinasJSR, RTS = chama subrotina/retornaPHA, PLA = push/pop(pull) do APHP, PLP = push/pop do status (P)JMP $1234 0x1234→PCJSR $1234 PC(+3)→pilha, 0x1234→PCRTS pilha→PC

O Resto...NOP = No Operation (nada!)JMP = Desvio direto (GOTO)SEC, CLC = Set/Clear CarrySEV, CLV = Set/Clear oVerflowSEI, CLI = Set/Clear Interrupt-offSED, CLD = Set/Clear DecimalRTI = Return from InterruptBRK = Break

Hello, World!

Hello, World! Escrever na horizontal é complicado(muitos pixels/elementos por scanline)

Hello, World! É mais fácil escrever na vertical →(menos pixels/scanline) Podemos usar um player ou o playfield

Display kernel É a parte do programa que rodaquando o canhão está desenhando a tela propriamente dita (através do playfield, players e missiles/ball)

(3+37+30).76 = 5320 ciclosLÓGICA DO JOGO KERNEL Fonte: Stella Programmers Guide, Steve Wright, 1979

Estrutura do programa VSYNC VBLANK KERNEL (desenha a tela) OVERSCAN

Estrutura do programa VSYNCPlayfield VBLANK OVERSCAN

Estrutura do programa VSYNC VBLANK Loop 11 chars xPrincipal 8 linhas x (eterno) 2 linhas por Kernel scanline = loop X: 0 a 191 176 (192 scanlines) scanlines OVERSCAN

Começando o programaPROCESSOR 6502INCLUDE "vcs.h"ORG $F000 ; Início do cartucho VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

Início do frame (loop principal) InicioFrame: lda #%00000010 ; VSYNC inicia sta VSYNC ; setando o bit 1 REPEAT 3 ; e dura 3 scanlines sta WSYNC ; (WSYNC = aguarda fim REPEND ; da scanline) lda #0 ; VSYNC finaliza sta VSYNC ; limpando o bit 1 VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

Desligando elementoslda #$00sta ENABL ; Desliga ballsta ENAM0 ; Desliga missilessta ENAM1sta GRP0 ; Desliga playerssta GRP1 VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

Configurando o Playfieldsta COLUBK ; Cor de fundo (0=preto)sta PF0 ; PF0 e PF2 ficam apagadossta PF2lda #$FF ; Cor do playfieldsta COLUPF ; (possivelmente amarelo)lda #$00 ; Reset no bit 0 do CTRLPFsta CTRLPF ; para duplicar o PFldx #0 ; X=contador de scanlines VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

VBLANK propriamente dito REPEAT 37 ; VBLANK dura 37 scanlines, sta WSYNC ; (poderíamos ter lógica REPEND ; do jogo aqui) lda #0 ; Finaliza o VBLANK, sta VBLANK ; "ligando o canhão" VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

KernelScanline: cpx #174 ; Se acabou a frase, pula bcs FimScanline; o desenho txa ; Y=X/2 (usando o shift lsr ; lógico para dividir, tay ; que só opera no A) lda Frase,y ; Frase,Y = mem(Frase+Y) sta PF1 ; PF1 = bits 5 a 11 do ; playfield VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

Kernel (continuação)FimScanline: sta WSYNC ; Aguarda fim da scanline inx ; Incrementa contador e cpx #191 ; repete até até a bne Scanline ; completar a tela VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

Fechando o loop principalOverscan: lda #%01000010 ; "Desliga o canhão": sta VBLANK ; 30 scanlines de REPEAT 30 ; overscan... sta WSYNC REPEND jmp InicioFrame ; ...e começa tudo de ; novo! VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN

A frase, bit a bitFrase: .BYTE %00000000 ; H .BYTE %01000010 .BYTE %01111110 .BYTE %01000010 .BYTE %01000010 .BYTE %01000010 .BYTE %00000000 .BYTE %00000000 ; E .BYTE %01111110 ...

A frase, bit a bit... .BYTE %00000000 ; D .BYTE %01111000 .BYTE %01000100 .BYTE %01000010 .BYTE %01000010 .BYTE %01000100 .BYTE %01111000 .BYTE %00000000 ; Valor final do PF1

Configurações finaisORG $FFFA ; Ficam no final da ; ROM (cartucho).WORD InicioFrame ; Endereço NMI.WORD InicioFrame ; Endereço BOOT.WORD InicioFrame ; Endereço BRKEND

Montando e Executandodasm fonte.asm -oromcartucho.bin -f3 http://stella.sourceforge.net/

Técnicas Avançadas

Placar com playfield

Placar com playfield Para identificar os placares, épossível usar as cores dos players no playfield, setando o bit 1 doregistrador CTRLPF (score mode)O lado esquerdo fica com a cor do P0, e o direito com a cor do P1

CORES DOS PLAYERS

(isso dá idéias para melhorar nosso Hello World?)

Placar com playfieldProblema: como mostrar coisas DIFERENTES em cada lado? Solução: mudar o playfield enquanto o canhão passa!

canhã oconfigure o playfield para “3” no início da scanline

canhãoquando o canhão estiver no meio, configure o playfield do “1”...

o canhã...e você terá um desenho diferente do outro lado!

Mundos gigantes

Pitfall! Cada uma das 256 telas é definida(objetos, árvores, paredes...) por 1 byte, que deveriam ser armazenados no cartucho (ROM) Tamanho da tabela: 256 bytes

Pitfall! Solução: gerador de sequência comaleatoriedade aceitável e que tambémgera o valor anterior a partir do atual, para voltar telas (LFSR bidirecional) Tamanho do código: 50 bytes http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_feedback_shift_register

River Raid A mesma solução é aplicada com umgerador de 16 bits (que eventualmente se repete), com pequenos ajustes paratornar os primeiros setores mais fáceis. Ao passar a ponte, o jogo guarda o valor atual, recuperando em caso de morte para voltar no mesmo setor

Posição horizontal

Posição horizontal Não existe um registrador paradetermine a posição horizontal de players, missiles ou ball Você tem que contar o tempoaté que o canhão esteja na posiçãoe acionar o strobe correspondente

PONTOS DE STROBE (na teoria)

Dá pra calcular... 1 ciclo de CPU = 3 pixels WSYNC = 20 ciclos posição x ≈ (ciclos – 20) * 3...mas é aproximado, porque o TIA só lê os registros a cada 5 ciclos de CPU, tornando inviável para movimento ↔

Soluções Você pode mover player, missile ou ball relativamente à posição anterior, usando um registrador de 4 bits (isto é, movendo de -7 a +8 pixels) E o missile pode ser posicionado no meio do player correspondente,tornando fácil “atirar” ele (daí o nome)

PONTOS DE STROBE

MOVIMENTO ↔ registradores HMP0/1 e HMM0/1 MOVIMENTO ↕ basta desenhar o player/missle emuma scanline diferente a cada frame

Placar com múltiplos dígitos

Placar com múltiplos dígitos O truque é o mesmo do placar com playfield: mudar a imagem com ocanhão andando, mas o timing tem que ser muito mais preciso Digamos que o placar seja 456789...

Placar com múltiplos dígitos Comece cada scanline com a linha do 4 no GRP0 e do 5 no GRP1. Configure NUSIZ0 e NUSIZ1 para repetir três vezes: 4 4 4 5 5 5 Player 0 Player 1

Placar com múltiplos dígitos Posicione o player 1 à direita do player 0, encavalando as cópias: Player 1 454545 Player 0

Placar com múltiplos dígitos Troque o desenho dos players (GRP0/GRP1) sincronizando com o canhão, assim: 454545 CANHÃO

Placar com múltiplos dígitosQuando o canhão estiver terminandoa 1ª cópia do player 1, altere o player 0 para 6 e o player 1 para 7: 454545 CANHÃO

Placar com múltiplos dígitos Repita o truque ao final da 2ª cópia do player 2, dessa vez alternado oplayer 0 para 8 e o player 1 para 9 456767 CANHÃO

Placar com múltiplos dígitos Faça a mesma coisa para cada scanline do placar! 456789 CANHÃO

Placar com múltiplos dígitos É mais difícil do que parece: não dátempo de carregar bitmaps da memória quando o canhão passa, e só temos 3 registradores para guardar 4 dígitos... ...mas é isso que torna divertido!

Conclusões

Tirando leite de pedra Quando observar um jogo de Atari, tente identificar os truques que o(a) programador(a) usou: como dividiu atela, o que tem em cada scanline, como gastou a RAM e a ROM...

Mãos à obra!Você pode fazer seu jogo de Atari – éum desafio de programação divertido!Será preciso estudar várias coisas que não detalhamos: contagem de ciclos, som, leitura de joysticks... mas dá!

Para aprender maisO nosso Hello, World: http://pastebin.com/abBRfUjdSorteio 2600 http://github.com/chesterbr/sorteio2600Racing The Beam (livro): http://bit.ly/dSqhjSPalestra David Crane (Pitfall): http://youtu.be/MBT1OK6VAIUTutoriais do Crane para iOS: http://bit.ly/9pwYHs e http://bit.ly/qWBciZStella Programmers Guide: http://emu-docs.org/?page=Atari%202600Código-fonte de jogos clássicos: http://classicdev.org/wiki/2600/Source_CodeEspecificações do Atari: http://nocash.emubase.de/2k6specs.htmReferência 6502: http://bit.ly/hxG5c6Emulador no browser: http://jogosdeatari.com.br/Tutorial Andrew Dave: http://bit.ly/ptQDdA (o site todo é bom)Cartucho com leitor de SD: http://harmony.atariage.com/BAtari (compilador BASIC): http://bataribasic.comExemplos de som no TIA: http://bit.ly/tnbPrpBankswitching (mais ROM/RAM): http://bit.ly/tqhLZk

Dúvidas?Obrigado! @chesterbr http://chester.me http://slideshare.net/chesterbr

Créditos e Licenciamento Esta apresentação está licenciada sob os termos da licença Creative Commons “by-nc” 3.0, observadas as exceções abaixo O slide de abertura é baseado em ilustração © 2011 Ila Fox, licenciada exclusivamente para o autor e não inclusa na licença acimaFotos e ilustrações de terceiros usados sob premissa de “fair use” têm sua autoria mencionada e também excluídos da licença acimaAtari™, Adventure™, Donkey Kong™, Pitfall™, Super Mario™ e outrospersonagens/jogos citados para fins ilustrativos, bem como suas imagens e logomarcas, são de propriedade de seus detentores, com todos os direitos reservados, não havendo qualquer relação deles com o autor

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Programação para Atari 2600

by Chester (Carlos Duarte do Nascimento)

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