Programação para Atari 2600
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O documento discute a programação de jogos para o Atari 2600, focando na compreensão do hardware e na linguagem Assembly para criar jogos clássicos. Ele explora a arquitetura do sistema, incluindo a memória, o funcionamento do chip de vídeo e como configurar gráficos na tela. Além disso, apresenta exemplos de código e técnicas avançadas para otimizar os gráficos e a lógica dos jogos.
Programação para Atari 2600
- 1. game program™ PROGRAMAÇÃO PARA ATARI 2600 Use with Joystick Controllers
- 2. Proposta Entender o que torna o Atari tão diferente de outros sistemas, aprendendo o básico para escrever um “Hello, World” e poder apreciar clássicos como Enduro ou Pitfall! pela habilidade de seus criadores http://slideshare.net/chesterbr
- 3. Palestrante @chesterbr http://chester.me
- 4. Palestrante @chesterbr http://chester.me
- 5. Atari 2600 (Video Computer System)
- 6. imagem: mitchelaneous.com Mais de 600 jogos...
- 7. mas por que eram tão... “Atari”?
- 8. Por dentro do Atari (Jr.) Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)
- 9. CPU: 6507 Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)
- 10. CPU: 6507 2 650 Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)
- 11. Video: TIA Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)
- 12. Todo o resto: RIOT (6532) Fotos: Larry Ziegler (2600 CE)
- 13. Mapa da Memória 0000-002C – TIA (Escrita) 0030-003D – TIA (Leitura) 0080-00FF – RIOT (RAM) 0280-0297 – RIOT (I/O, Timer) F000-FFFF – Cartucho (ROM)
- 14. Mapa da Memória 4 KBytes! F000-FFFF – Cartucho (ROM) esse nem é o maior problema...
- 15. Mapa da Memória 128 BYTES!!!!! (1/8 de KB) 0080-00FF – RIOT (RAM) e esse ainda não é o maior problema...
- 16. VRAM Um chip de vídeo típico transforma padrões de bits armazenados em memória (VRAM) em pixels e cores
- 17. VRAM VRAM VRAM 38 44 44 7C 44 44 EE 00
- 18. VRAM Quanto mais memória (VRAM), maior a resolução, e variedade de cores. Memória era cara nos anos 70/80, levando a um tradeoff. Quanta VRAM o Atari tem?
- 19. Mapa da Memória 0000-002C – TIA (Escrita) 0030-003D – TIA (Leitura) 0080-00FF – RIOT (RAM) 0280-0297 – RIOT (I/O, Timer) F000-FFFF – Cartucho (ROM)
- 20. Mapa da Memória ????-???? – VRAM
- 21. Mapa da Memória 0 bytes !!!! ????-???? – VRAM #comofas?
- 23. Funcionamento da TV Fonte: How Stuff Works
- 24. Funcionamento da TV Fonte: How Stuff Works
- 25. Scanlines 60 quadros (frames) por segundo Fonte: How Stuff Works
- 26. TIA opera em scanlines Para 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
- 27. Isso explica vs.
- 28. E que objetos são esses? ● Playfield (PF) ● Players (P0, P1) ● Missiles/Ball (M0, M1, BL)
- 29. Playfield Um 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
- 30. PLAYFIELD
- 31. PLAYFIELD
- 32. PLAYFIELD
- 33. PLAYFIELD
- 34. Configurando o playfield PF0 = 0000 ←← leitura PF1 = 00000000 leitura →→ PF2 = 00000000 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 35. Configurando o playfield PF0 = 0001 ←← leitura PF1 = 00000000 leitura →→ PF2 = 00000000 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 36. Configurando o playfield PF0 = 0011 ←← leitura PF1 = 00000000 leitura →→ PF2 = 00000000 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 37. Configurando o playfield PF0 = 0111 ←← leitura PF1 = 00000000 leitura →→ PF2 = 00000000 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 38. Configurando o playfield PF0 = 1111 ←← leitura PF1 = 11110000 leitura →→ PF2 = 00000000 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 39. Configurando o playfield PF0 = 1111 ←← leitura PF1 = 11111110 leitura →→ PF2 = 00010101 ←← leitura REFLECT = 0 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 40. Configurando o playfield PF0 = 1111 ←← leitura PF1 = 11111110 leitura →→ PF2 = 00010101 ←← leitura REFLECT = 1 scanline resultante ████████████████████████████████████████
- 42. Players Cada 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
- 43. PLAYERS
- 44. PLAYERS
- 45. Players É possível esticar/multiplicar e inverter o desenho de cada player usando os registradores NUSIZn e REFPn (n=0 ou 1)
- 46. NUSIZn (em 5 scanlines) 000 001 010 NUSIZn 011 100 101 110 111
- 47. Ligando o REFPn 000 001 010 NUSIZn 011 100 101 110 111
- 48. NUSIZn
- 50. NUSIZn
- 51. NUSIZn
- 52. NUSIZn
- 53. 8 bits exigem criatividade vs.
- 54. 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.
- 55. MISSILES
- 56. BALL
- 57. BALL MISSILE
- 58. BALL MISSILE
- 59. Idéia geral Para cada scanline, você configura o formato dos objetos (playfield, players, missiles/ball) e as cores/efeitos deles. O que você configura em uma scanline vale para as seguintes, mas ainda assim o tempo é um problema
- 60. Contas de padaria: 6502 ≈ 1,19Mhz (1.194.720 ciclos/seg) NTSC: 60 frames (telas) por seg 1.194.720/60 ≅ 19.912 ciclos por tela
- 61. Contas de padaria: CPU: 19.912 ciclos por tela NTSC: 262 scanlines por frame 19.912 / 262 = 76 ciclos por scanline
- 62. Contas de padaria: CPU: 19.912 ciclos por tela NTSC: 262 scanlines por frame 19.912 / 262 = 76 ciclos por scanline e o que se faz com “76 ciclos”? (aliás, o que exatamente é um “ciclo”?)
- 63. Assembly 6502
- 65. 6502
- 66. 6502 (no Atari) Executa instruções armazenadas na ROM que manipulam e transferem bytes entre o RIOT (RAM + I/O + timers) e o TIA, com o apoio de registradores internos.
- 67. 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
- 68. Registradores do 6502 A = Acumulador (8 bits) X,Y= Índices (8 bits) S = Stack Pointer (8 bits) P = Status (flags, 8 bits) PC = Program Counter (16 bits)
- 69. 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
- 70. 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”
- 72. Linguagem Assembly Atribui a cada opcode uma sigla (“mnemônico”) e define uma notação para os parâmetros
- 73. 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”
- 74. Assembly 6502 AD LDA $0200 00 02 69 ADC #01 01 8D STA $0201 01 02
- 75. Assembler (Montador) Programa que lê um arquivo-texto escrito em linguagem Assembly e monta o arquivo binário (código de máquina) correspondente foo.asm foo.bin LDA $0200 ASSEMBLER AD000269 ADC #01 018D0102 STA $0201 ... ...
- 76. DASM ● Macro Assembler 6502 ● Inclui headers para Atari ● Multiplataforma ● Livre (GPLv2) http://dasm-dillon.sourceforge.net/
- 77. 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
- 78. Instruções do 6502 = mais relevantes para o Atari
- 79. Transferindo Dados LDA, LDX, LDY = Load STA, STX, STY = Store TAX, TAY, TXA, TYA, TSX, TXS = Transfer LDA #$10 0x10→A STY $0200 Y→m(0x0200) TXA X→A
- 80. Aritmética ADC, SBC = +,- (C=“vai um”) INC, DEC = ++,-- (memória) INX, INY, DEX, DEY = ++,-- ADC $0100 m(0x100)+A→A INC $0200 m(0x200)+1→ m(0x200) DEX X-1→X
- 81. Operações em Bits AND, ORA, EOR = and, or, xor (A) ASL, LSR = Shift aritmético/lógico ROL, ROR = Shift “rotacional” AND #$11 A&0x11→A LSR A>>1→A (A/2→A) ROR A>>1 (bit 7=carry)
- 82. Comparações e Desvios CMP, CPX, CPY = compara A/X/Y (-) BCS, BCC = desvia se Carry/Não BEQ, BNE = desvia se Equal/Não BVS, BVC = desvia se Overflow/Não BMI, BPL = desvia se Minus/Plus CPY $1234 se y=m(0x1234), BEQ $0200 0x0200→PC
- 83. Pilha e Subrotinas JSR, RTS = chama subrotina/retorna PHA, PLA = push/pop(pull) do A PHP, PLP = push/pop do status (P) JMP $1234 0x1234→PC JSR $1234 PC(+3)→pilha, 0x1234→PC RTS pilha→PC
- 84. O Resto... NOP = No Operation (nada!) JMP = Desvio direto (GOTO) SEC, CLC = Set/Clear Carry SEV, CLV = Set/Clear oVerflow SEI, CLI = Set/Clear Interrupt-off SED, CLD = Set/Clear Decimal RTI = Return from Interrupt BRK = Break
- 85. © 1999 Warner Bros Neo: “I know kung fu.” Morpheus: “Show me.”
- 86. Hello, World!
- 87. Hello, World! Escrever na horizontal é complicado (muitos pixels/elementos por scanline)
- 88. Hello, World! É mais fácil escrever na vertical → (menos pixels/scanline) Podemos usar um player ou o playfield
- 89. Display kernel É a parte do programa que roda quando o canhão está desenhando a tela propriamente dita (através do playfield, players e missiles/ball)
- 90. (3+37+30).76 = 5320 ciclos LÓGICA DO JOGO KERNEL Fonte: Stella Programmers Guide, Steve Wright, 1979
- 91. Estrutura do programa VSYNC VBLANK KERNEL (desenha a tela) OVERSCAN
- 92. Estrutura do programa VSYNC Playfield VBLANK OVERSCAN
- 93. Estrutura do programa VSYNC VBLANK Loop 11 chars x Principal 8 linhas x (eterno) 2 linhas por Kernel scanline = loop X: 0 a 191 176 (192 scanlines) scanlines OVERSCAN
- 94. Começando o programa PROCESSOR 6502 INCLUDE "vcs.h" ORG $F000 ; Início do cartucho VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN
- 95. 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
- 96. Desligando elementos lda #$00 sta ENABL ; Desliga ball sta ENAM0 ; Desliga missiles sta ENAM1 sta GRP0 ; Desliga players sta GRP1 VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN
- 97. Configurando o Playfield sta COLUBK ; Cor de fundo (0=preto) sta PF0 ; PF0 e PF2 ficam apagados sta PF2 lda #$FF ; Cor do playfield sta COLUPF ; (possivelmente amarelo) lda #$00 ; Reset no bit 0 do CTRLPF sta CTRLPF ; para duplicar o PF ldx #0 ; X=contador de scanlines VSYNC VBLANK KERNEL OVERSCAN
- 98. 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
- 99. Kernel Scanline: 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
- 100. 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
- 101. Fechando o loop principal Overscan: 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
- 102. A frase, bit a bit Frase: .BYTE %00000000 ; H .BYTE %01000010 .BYTE %01111110 .BYTE %01000010 .BYTE %01000010 .BYTE %01000010 .BYTE %00000000 .BYTE %00000000 ; E .BYTE %01111110 ...
- 103. 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
- 104. Configurações finais ORG $FFFA ; Ficam no final da ; ROM (cartucho) .WORD InicioFrame ; Endereço NMI .WORD InicioFrame ; Endereço BOOT .WORD InicioFrame ; Endereço BRK END
- 105. Montando e Executando dasm fonte.asm -oromcartucho.bin -f3 http://stella.sourceforge.net/
- 106. Técnicas Avançadas
- 107. Placar com playfield
- 108. Placar com playfield Para identificar os placares, é possível usar as cores dos players no playfield, setando o bit 1 do registrador CTRLPF (score mode) O lado esquerdo fica com a cor do P0, e o direito com a cor do P1
- 109. CORES DOS PLAYERS
- 110. (isso dá idéias para melhorar nosso Hello World?)
- 111. (isso dá idéias para melhorar nosso Hello World?)
- 112. Placar com playfield Problema: como mostrar coisas DIFERENTES em cada lado? Solução: mudar o playfield enquanto o canhão passa!
- 113. canhã o configure o playfield para “3” no início da scanline
- 114. canhão quando o canhão estiver no meio, configure o playfield do “1”...
- 115. o canhã ...e você terá um desenho diferente do outro lado!
- 116. Mundos gigantes
- 117. 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
- 118. Pitfall! Solução: gerador de sequência com aleatoriedade aceitável e que também gera 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
- 119. River Raid A mesma solução é aplicada com um gerador de 16 bits (que eventualmente se repete), com pequenos ajustes para tornar 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
- 120. Posição horizontal
- 121. Posição horizontal Não existe um registrador para determine a posição horizontal de players, missiles ou ball Você tem que contar o tempo até que o canhão esteja na posição e acionar o strobe correspondente
- 122. PONTOS DE STROBE (na teoria)
- 123. 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 ↔
- 124. 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)
- 125. PONTOS DE STROBE
- 126. MOVIMENTO ↔ registradores HMP0/1 e HMM0/1 MOVIMENTO ↕ basta desenhar o player/missle em uma scanline diferente a cada frame
- 127. Placar com múltiplos dígitos
- 128. Placar com múltiplos dígitos O truque é o mesmo do placar com playfield: mudar a imagem com o canhão andando, mas o timing tem que ser muito mais preciso Digamos que o placar seja 456789...
- 129. 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
- 130. Placar com múltiplos dígitos Posicione o player 1 à direita do player 0, encavalando as cópias: Player 1 454545 Player 0
- 131. Placar com múltiplos dígitos Troque o desenho dos players (GRP0/GRP1) sincronizando com o canhão, assim: 454545 CANHÃO
- 132. Placar com múltiplos dígitos Quando o canhão estiver terminando a 1ª cópia do player 1, altere o player 0 para 6 e o player 1 para 7: 454545 CANHÃO
- 133. Placar com múltiplos dígitos Repita o truque ao final da 2ª cópia do player 2, dessa vez alternado o player 0 para 8 e o player 1 para 9 456767 CANHÃO
- 134. Placar com múltiplos dígitos Faça a mesma coisa para cada scanline do placar! 456789 CANHÃO
- 135. Placar com múltiplos dígitos É mais difícil do que parece: não dá tempo de carregar bitmaps da memória quando o canhão passa, e só temos 3 registradores para guardar 4 dígitos... ...mas é isso que torna divertido!
- 136. Conclusões
- 137. Tirando leite de pedra Quando observar um jogo de Atari, tente identificar os truques que o(a) programador(a) usou: como dividiu a tela, o que tem em cada scanline, como gastou a RAM e a ROM...
- 138. Mãos à obra! Você pode fazer seu jogo de Atari – é um desafio de programação divertido! Será preciso estudar várias coisas que não detalhamos: contagem de ciclos, som, leitura de joysticks... mas dá!
- 139. Para aprender mais O nosso Hello, World: http://pastebin.com/abBRfUjd Sorteio 2600 http://github.com/chesterbr/sorteio2600 Racing The Beam (livro): http://bit.ly/dSqhjS Palestra David Crane (Pitfall): http://youtu.be/MBT1OK6VAIU Tutoriais do Crane para iOS: http://bit.ly/9pwYHs e http://bit.ly/qWBciZ Stella Programmer's Guide: http://emu-docs.org/?page=Atari%202600 Código-fonte de jogos clássicos: http://classicdev.org/wiki/2600/Source_Code Especificações do Atari: http://nocash.emubase.de/2k6specs.htm Referência 6502: http://bit.ly/hxG5c6 Emulador 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.com Exemplos de som no TIA: http://bit.ly/tnbPrp Bankswitching (mais ROM/RAM): http://bit.ly/tqhLZk
- 140. Dúvidas? Obrigado! @chesterbr http://chester.me http://slideshare.net/chesterbr
- 141. 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 acima Fotos e ilustrações de terceiros usados sob premissa de “fair use” têm sua autoria mencionada e também excluídos da licença acima Atari™, Adventure™, Donkey Kong™, Pitfall™, Super Mario™ e outros personagens/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