InfoPyuta: ぴゅう太エミュレータ for Win32
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はじめにお読みください

　InfoPyutaは，Windows上で動作する，空想上のぴゅう太エミュレータです．現時点では，商用ゲームなどは，動作しないと思います．なお，｢空想上｣の意味については，以下で詳細に述べていますので，そちらを参照ください． 　

注意事項

更新状況

動作環境

操作方法

　船スプライトデモのカートリッジROM(ship.bin)を選択して，動作確認をしてください．

免責

　InfoPyutaは，フリーウェアです．また，いかなる保証もありません． 本ソフトウェアによって生じた損害等に関して，作者は一切責任を負いません． InfoPyutaに関する情報やアップデートについては，以下のページ[2]を参照ください．
　よりよいソフトウェアを目指すために，御利用いただいた皆様からの 御意見，御要望，バグ報告等を，下記の連絡先で御待ちしています．
　なお，ぴゅう太(TM)は，TOMY社の登録商標です． Windows(TM)は，マイクロソフトの登録商標です．

連絡先

謝辞

　本プログラムを作成する際に，下記のプログラム，および，資料を参考にさせていただきました． 作者の皆様に，御礼を申し上げます．

空想上のぴゅう太(TM)仕様

目次

1 はじめに

　InfoNESの仕事が，一段落ついたある日，ある掲示板で，｢XBOXでは，ファミコンやスーファミのゲームが，動作するか?｣という質問に対して，半分やけ気味に｢IntelliVisionやぴゅう太のゲームだって，動作する｣と発言する内容の会話を読みました．でも，この回答は，半分は正しいのですが，半分は間違っています．確かに，IntelliVisionのエミュレータは，この世に存在しますので，XBOXに移植するのは，比較的簡単でしょう．もう，動いているかもしれません．ただ，ぴゅう太のエミュレータは，この世には存在しなかったのです．
　当時，ぴゅう太といえば，16ビットCPU，16色のグラフィックスを搭載して，一世を風靡したマシンです．この時，まだファミコンは発売されていません．また，スクランブルやフロッガーなどのアーケードからの移植ゲームなどが，カートリッジとして発売されました．このまま，ぴゅう太を思い出の中で，眠らせてしまっていいものだろうか？　これが，作者を揺り動かした，大きな力でした．
　ぴゅう太のエミュレータを作ろう．InfoNESの開発を通じて，エミュレータを開発する技術は，幸運にも手の中にありました．問題は，ぴゅう太に関する技術的な情報をどのように集めるかでした．しかし，この問題は，現時点でも，解決していません．皆さまからの情報をお待ちしております．

2 仕様

　本来，エミュレータは，実機の機能を忠実にまねることが，正しい動作です．ただ，前述したように，現時点では，実機の機能について，正確な情報が得られていない状況です．そこで，作者はぴゅう太の仕様を空想してみました．しかし，ただ単に，空想するだけでは，あまりにも非科学的なので，下記の事実から，空想をめぐらせてみました．
  1. ぴゅう太のCPUは，TI社製のTMS9995である
  2. ぴゅう太のVDPは，TI社製のTMS9918Aである
  3. ぴゅう太は，RAM16KB, ROM20KBを搭載している(RAM16KBはVDP内に搭載)
  4. ぴゅう太は，TI社製のTI-99/4Aをベースにして開発された

2.1 CPU

　ぴゅう太のCPUは，TMS9995です．TI-99/4Aで利用されていたTMS9900からの差分は，下記の点です．
  1. 内部RAM(256バイト)を搭載
  2. ステータスレジスタST10（OVEN:OVer flow ENable）が追加
  3. 符号付整数の乗除算命令（MPYS,DIVS）が追加

2.2 メモリマップ

　メモリマップに関しては，下記をベースとして，空想する必要がありました．
  1. ぴゅう太は，RAM16KB, ROM20KBを搭載している(RAM16KBはVDP内に搭載)
  2. ぴゅう太のメモリマップは，TI-99/4Aのメモリマップと類似している可能性が高い
　以上から，空想したメモリマップを下記に示します．

開始アドレス 終了アドレス 用途
>0000 >0fff 外部ROM(BIOS)
>1000 >3fff 不明
>4000 >7fff 外部ROM(G-BASIC , カートリッジ)
>8000 >87ff 不明
>8800 >8fff メモリマップI/O( VDP )
>9000 >efff 不明
>f000 >f0fb 内部RAM
>f0fc >fff9 不明
>fffa >fffb 内部メモリマップI/O
>fffc >ffff 内部RAM(NMIベクタ)

2.3 VDP

　VDPとは，Video Display Processorの略語で，グラフィック関連を管理するプロセッサです．ぴゅう太では，VDPとして，TMS9918Aが，採用されています．このチップは，MSX等でも採用されており，当時としては一般的なチップです．

3 実装

　InfoPyuta v0.02Jは，上記の仕様の一部を満たすエミュレータで，Windows MeやWindows 2000 Professional等で動作します．InfoPyutaの実装においては，TI-99/4AエミュレータであるAmi 99のソースコードを一部借用させて頂きました．ここで，作者のM.Brent/Tursi氏にお礼を申し上げます．

3.1 CPU

　InfoPyuta v0.02Jにおいては，下記のオペコードが実装されています． 　InfoPyuta v0.02Jでは，起動時に，PC = >4000, WP = >f000という値が代入されます．ここで，>4000は，G-BASICやカートリッジとして供給される外部ROMの先頭アドレス，>f000は，内部RAMの先頭アドレスです．したがって，起動直後に，カートリッジ等に制御が移ることになります．
　実際には，上記の動作は，>0000 - >1000に存在するBIOSに記述されるべき内容です．しかし，InfoPyuta v0.02Jでは，BIOSイメージを読み込む機能を実装していないので，上記のようにハードコーディングしています．万一，BIOSイメージを読み出す方法をご存知の方は，御連絡ください．
VDPタイミング
　VDPが1画面を描画する時に，CPUは何クロック分実行するかを管理しないと，正確なエミュレーションはできません． InfoPyuta v0.02Jでは，クロック数まで管理できていないため，VDPが1ライン描画する間に，22命令実行するように実装しました．これは，下記のデータに基づきます（( 19.91 / 262 ) / (0.0005 * 7) = 21.71...）．

3.2 I/O

　InfoPyuta v0.02Jでは，VDP I/Oとして，VDP RAM読み込み(>8800), VDPステータス読み込み機能(>8802), VDPレジスタ書き込み(>8C02), VDP RAM書き込み(>8C02, >8C00)を実装しています．下記に動作をまとめます．
　コマンドは，下記の2種類あります．

コマンド 1バイト目 2バイト目
レジスタへ書き込み レジスタの内容 1 0 レジスタ番号(6ビット)
VDP RAMアドレスを設定 A6-A13 0 0 A0-A5(6ビット)

3.3 VDP

　InfoPyuta v0.02Jでは，スタンダードモード（グラフィック1），スプライトを実装しています．TMS9918Aは，9本のレジスタ(VR0-VR7, Status)と16KBのVDP RAMを持っています．
スタンダードモード（グラフィック1）
　本モードは，VR0の7ビット目(重み:>01)とVR1の3,4ビット目(重み:>10,>08)が0の時に，選択されます．ただし，InfoPyuta v0.02Jでは，常に本モードが選択されます．
　本モードでは，8x8ピクセルを1キャラクタとして，画面を32 x 24キャラクタで表示します．各キャラクタは，2色で表示され，"1"の時はフォアグランドカラー，"0"の時はバックグラウンドカラーで表示されます．このパレットは，フォアグランドカラー(4ビット) + バックグランドカラー(4ビット)で表現され，8キャラクタ毎に設定されます．各テーブルは，VDP RAMのいずれかの領域で，下記のような動作をします． 　 　各テーブルは，各レジスタで指定します．この指定方法について，下記にまとめます．なお，この当時のTI系のCPUでは，何ビット目という表記が，Intel系のCPU(普通の表記)とは，LSBとMSBが逆になっているので，注意してください．

ビット:
重み:		 0
>80		 1
>40		 2
>20		 3
>10		 4
>08		 5
>04		 6
>02		 7
>01
VR2 0 0 0 0 スクリーンイメージテーブル(<<10)
VR3 カラーテーブル(<<6)
VR4 0 0 0 0 0 キャラクタパタンテーブル(<11)
スプライト
　スプライトとは，スクリーン上の任意の箇所に表示される特殊なキャラクタのことです． スタンダードモード1が選択されると，同時にスプライトも表示されます． スプライトは，VR1の6ビット目(サイズ4(2x2))と連動して，8x8ピクセル(0)，もしくは，16x16ピクセル(1)で表示されます． また，VR1の7ビット目(拡大(2倍))と連動して，2倍の拡大されて，表示されます．
　同時に，32個のスプライトを表示可能ですが，画面は下記のような優先順位で表示されます． 　なお，スプライトは，VDPレジスタの下記のビットを利用して，表示されます．

ビット:
重み:		 0
>80		 1
>40		 2
>20		 3
>10		 4
>08		 5
>04		 6
>02		 7
>01
VR1 - - - - - 0 サイズ4(2x2) 拡大(2倍)
VR5 0 スプライト属性テーブル(<<7)
VR6 0 0 0 0 0 スプライトパターンテーブル(<<11)
VR7 - バックドロップ色
スプライト属性テーブル
　スプライト属性テーブルは，VR6で指定されるアドレスに記述されるテーブルで，下記のような形式をしています． このテーブルは，32エントリを持っており，各エントリは，4バイト長なので，テーブル長は，最大で>100バイトとなります．
バイト1 バイト2 バイト3 バイト4
スプライト0 Y座標-1 X座標 パターン番号 クロックビット スプライト色
スプライト1

"

"

"

"

"

　スプライトの位置は，スプライトの左上で指定します． Y座標は，デクリメント(-1)した値を格納しますので，一番上のラインのY座標は，>FF(-1)となります． したがって，Y座標は，>FFから>BEとなります． ファミリーコンピュータ(TM)でも，このような仕様なのですが，走査線とのタイミングの都合なのでしょう．
スプライトパターンテーブル
　スプライト番号は，スプライトパターンテーブルでの位置を参照します．そして，スプライト色は，下位4ビットで規定された色となります．スプライト属性テーブルは，すべてのスプライトを定義する必要はなく，X座標に>D0を指定することで，エンドマークとして，以下のエントリを無視するように指定できます．
　スプライトパターンテーブルは，8バイト長(8x8)，もしくは，32バイト長(16x16)のエントリから構成されます． 8x8の場合，ビットに"1"を指定すると，スプライト属性テーブルで指定した色のピクセル， ビットに"0"を指定すると，透明色のピクセルとなります．
　また，16x16を指定すると，下記のような配置で，8x8のスプライトを配置したのと同じになります．

1 3
2 4

　したがって，16x16を指定して，32スプライトのパターンを格納するためには，>400(32x32)バイトが必要になります．
ステータスレジスタ
　InfoPyuta v0.02Jにおいては，>8802の値を読み込むと，ステータスレジスタを返却します． ステータスレジスタの仕様を下記に示します．

ビット:
重み:		 0
>80		 1
>40		 2
>20		 3
>10		 4
>08		 5
>04		 6
>02		 7
>01
ステータス VBLANK Coinc 5スプライト スプライト番号(5番目)

　このうち，InfoPyuta v0.02Jでは，下記の1機能だけを実装しています． 　ステータスレジスタを利用することで，CPUとVDPが通信することが可能になります． すなわち，CPU(ROMファイル)側では，1画面分の処理を終了してから，VBLANKの開始を検出するまでウェイト処理をして，VBLANKに同期した処理を記述することが可能です． これは，当時のゲーム(ファミコン(TM)などでも，広く行なわれた)でよく行なわれた手法です．
　また，重要な注意点として，VDP側は，CPU側が>8802への読み込みを実行して，割込みピンをクリア(High)にするまで，VBLANKを続行します． InfoPyuta v0.02Jでは，常に割込み有効として処理をしていますので，VR1の2ビット目は，無視されます．

4 カートリッジ

　InfoPyuta v0.02Jでは，カートリッジのROMイメージを，ファイルとして読み込んで，外部ROM(>4000->7fff)にロードします．商用ゲームの実行には，BIOS(>0000->0fff)も必要なりますが，著作権等の問題も存在するので，今後の課題としたいと思います．ちなみに，TI-99/4Aにおいては，TI社がBIOS ROMの著作権を放棄しているようです．日本でも，X68000において，SHARP社が同様にBIOS ROMの著作権を放棄しています．

4.1 開発環境

　InfoPyuta v0.02Jの動作を確認するためには，なんらかのカートリッジのROMイメージを用意する必要があります．ここでは，TMS9900のアセンブラを利用して，ROMイメージを開発する方法について，まとめます．なお，TMS9900アセンブラとしては，Macroassembler ASを利用しました．
1. ダウンロード
The Macroassembler ASから，Win32 Binariesをダウンロードします．
2. インストール
アーカイブをC:\ASなどに解凍します．
3. 環境設定
AUTOEXEC.BATに，下記を追加します．

SET PATH=......;C:\AS\BIN
SET ASCMD=@c:\as\lib\as.rc

C:\AS\LIBに，as.rcというファイルを新規に作成して，下記の一行を追加します．

-i c:\as\include

4. ASMファイル作成
例えば，test.asmというファイル名で，下記の内容のファイルを作成します．

　　　　cpu tms9900
　　　　org 4000H
label:
　　　　inc (r1)
　　　　jmp label
　　　　end
5. アセンブル
下記のコマンドを実行して，中間ファイル（test.p）を生成します．

C> asw test.asm

下記のコマンドを実行して，バイナリファイル（test.bin）を生成します．

C> p2bin -r 0x4000-0x7fff test.p

4.2 カラーバーデモ

　本デモ(colorbar.bin)は，左からパレット0 - パレット15の色のバーを表示するデモで，ぴゅう太の起動画面を作成しようとして，挫折した結果できました．詳細は，別途公開するカラーバーデモのソースを参照ください．VDPとI/Oする方法が分かると思います．

4.3 船スプライトデモ

　本デモ(ship.bin)は，複数の船(スクランブル風)が飛ぶデモです． 詳細は，別途公開する船スプライトデモのソースを参照ください． スプライト機能の利用方法と，VBLANKを利用したプログラミングを説明しています．

5 まとめ

　InfoPyuta v0.02Jは，世界初のぴゅう太エミュレータとして，開発されました． 本リリース(v0.02J)によって，コントローラを除いたゲーム(デモ)レベルであれば，自由に記述できるレベルまで到達できたと思っています．
　ただし，本エミュレータは，商用ゲームなどは動作せず，プロジェクトとしても，ぴゅう太に関する詳細な技術情報も得られてないという状態です．作者の力だけでは，どうにも成りません．このプロジェクトを成功させるためには，皆様からの情報が，どうしても必要です．今後は，コントローラ，および，VDPの実装を進めていきたいと思います．

謝辞

　InfoPyuta開発のベースとなったAmi99の作者，M.Brent/Tursi氏に感謝します．また，議論につきあってくださったHarmelnプロジェクトの関係者，はーめるん氏に感謝します．VDPに関する詳細な情報を公開してくださったThierry Nouspikel氏に感謝します．

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