Inhaltsverzeichnis

CHIP-8

CHIP8 ist ein Interpreter für die Programmiersprache CHIP-8, s.a. CHIP-8. Entwickelt habe ich diesen Interpreter 2013 für das KC-Club Treffen 2013.

2021 hab ich den alten Quellcode hervorgeholt und um die überfälligen Teile Laden/Speichern/Editieren ergänzt.

Speicherbelegung

Dateiname CHIP8.COM
Laden in OS
Programmstandort 0300h-10FFh
Arbeitsspeicher 2000h-2EFFh
OS-Kommando CHIP8

Download

Hinweis: Die Timer für Sound und Delay arbeiten offenbar nicht korrekt.

Anleitung

Nach Start meldet sich das Programm mit der Oberfläche und einer kurzen Hilfe:

Mit STOP (Strg-C) wird das Programm beendet.

LIST startet den HEX-Editor.

Mit den Cursortasten bewegt man sich im virtuellen RAM-Bereich des CHIP-8-Systems. Hex-Werte werden einfach überschrieben, mit STOP oder ESC beendet man den HEX-Editor. RUN startet das Programm direkt.

Durch Betätigen der Taste <L> werden CHIP8-Programme vom Datenträger geladen; mit <S> wird das aktuelle Programm gespeichert. Bei der Arbeit mit USB oder Diskette werden zuvor die vorhandenen Programme aufgelistet:

Als Dateiendung wird automatisch CH8 vergeben.

Hinweis: Bei der Arbeit mit USB oder Diskette werden die Programme OHNE den typischen KC-Vorblock gespeichert. Die CH8-Dateien sind hier reine Binärdateien und kompatibel zu den im Internet verfügbaren CHIP-8-Programmen.

RUN startet das aktuelle Programm. Im Fenster laufen die CHIP8-Programme auf einem 64×32 Pixel großen „Bildschirm“.

Mit den Tasten <1>..<4> werden 4 integrierte Programme geladen und gleich gestartet.

  1. IBM-Logo
    Anzeige des Logos, Ende mit ESC
  2. Breakout (Paul Vervalin, David Winter)
    der Schläger wird links-rechts mit <4>-<6> bewegt.
  3. Panzer (s. KC-Club Treffen 2013)
    Panzer bewegen hoch <2> - rechts <6> - runter <8> - links <4>
  4. Pong (Paul Vervalin, David Winter)
    linker Spieler hoch <1> runter <4> rechter Spieler hoch <C> runter <D>

Innerhalb des Programmlaufs wird mit den 16 Tasten <0>..<9>, <A>..<F> gesteuert. Die konkrete Bedienung ist beim jeweiligen Programm aufgeführt. Mit ESC wird das Programm beendet, man landet wieder im Startbildschirm.

Die 16 Tasten sind beim Original in folgender Matrix angeordnet. Bei einigen Programmen spielt diese Anordnung eine Rolle, z.B. als Steuerkreuz mit den Tasten 2 - 6 - 8 - 4 oder links-rechts mit A und B und 0 als Aktionstaste. Die Tastenanordnung ist auch auf dem Bildschirm dargestellt. 

+---+---+---+---+
| 1 | 2 | 3 | C |
+---+---+---+---+
| 4 | 5 | 6 | D |
+---+---+---+---+
| 7 | 8 | 9 | E |
+---+---+---+---+
| A | 0 | B | F |
+---+---+---+---+

Interna

Der eigentliche CHIP-8-Maschinencode-Interpreter basiert auf dem Programm Chip83 v0.1 by Joe Wingbermuehle; orig. für TI-83 in Z80-Code geschrieben. Load/Save setzt die BDOS-Erweiterung von USB-OS bzw. Disk-OS (USBX bzw. DOSX) voraus. Ohne diese Erweiterung wird nur ein BOS-Error ausgegeben.

z.B. auf http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/components/rca/cosmac/ zu finden:

CHIP-8

Details zur Programmiersprache s. CHIP-8 und Chip-8 techn. Referenz.

virtueller Prozessor 16 Register V0..VF
Index-/Adressregister I
(Stackregister SP)
(Program Counter PC)
Delay Timer DT
Sound Timer ST
Grafik 64×32 Pixel, Torus
Tastatur 4×4-Tastenfeld
Sound Beepton

Die Virtuelle Maschine

Speicher

Die CHIP-8 Speicher-Adressen liegen im Bereich von 200h bis FFFh, das reicht für 3.584 Bytes. Der Grund für den Speicher ab 200h ist, dass im VIP Cosmac und Telmac 1800 die ersten 512 Byte für den CHIP8-Interpreter reserviert sind. Auf diesen Maschinen wurden die obersten 256 Bytes (F00h-FFFh auf einem 4K-Maschine) für die Anzeige aktualisieren vorbehalten, und die 96 Byte unterhalb (EA0H-EFFh) wurden für den Call-Stack, den internen Gebrauch, und die Variablen vorbehalten.

Register

CHIP-8 verfügt über 16 8-Bit-Register V0..VF. Das VF-Register dient auch als Carry-Flag.

Stack

Der Stack wird nur verwendet, um die Rückkehr-Adressen zu speichern, wenn Unterprogramme aufgerufen werden. Original ist Speicher für bis zu 12 Verschachtelungsebenen vorhanden.

Timer

CHIP-8 verfügt über zwei Timer. Beide werden automatisch mit 60 Hz dekrementiert, bis sie 0 erreichen. Delay Timer DT: Dieser Timer soll für das Timing der Ereignisse von Spielen verwendet werden. Sein Wert kann eingestellt und gelesen werden. Sound- Timer ST: Dieser Timer ist für Sound-Effekte gedacht. Solange der Wert ungleich Null ist, wird ein Piepton erzeugt.

Tastatur

Die Eingabe erfolgt mit einer Hex-Tastatur mit 16 Tasten von 0 bis F. '8', '4', '6 'und '2' dienen in der Regel als Cursortasten. Es gibt drei Opcodes zur Tastaturabfrage. Eine überspringt eine Anweisung, wenn eine bestimmte Taste gedrückt wird, eine weitere überspringt eine Anweisung, wenn eine bestimmte Taste nicht gedrückt wird. Die dritte wartet auf einen Tastendruck, und speichert die Taste dann in einem der Datenregister.

Grafik und Sound

Die Display-Auflösung beträgt 64 × 32 Pixel, und die Farbe ist einfarbig. 

+---------------------+ --> x
|(0,0)          (63,0)|  (x,y)
|                     |
|                     | 
|(0,31)        (63,31)|
+---------------------+
|
v
y

Grafiken werden auf dem Bildschirm allein durch Sprites gezeichnet, die 8 Pixel breit sind und von 1 bis 15 Pixel hoch sein können. Sprite-Pixel, die gesetzt sind, invertieren die Farbe der entsprechenden Bildschirm-Pixel, während nicht gesetzten Sprite-Pixel nichts verändern.

Beim Zeichnen der Sprites werden 8 Pixel ab Position (x,y) gezeichnet, dann 8 Pixel ab Position (x,y+1) usw.

Wenn beim Zeichnen des Sprites alle Bildschirm-Pixel invertiert wurden, wird das Carry-Flag (VF) wird auf 1 gesetzt, sonst ist es 0.

Wie zuvor beschrieben, wird ein Signalton abgespielt, wenn der Wert der Sound Timer ungleich Null ist.

Opcode Tabelle

CHIP-8 verfügt über 35 Opcodes, die alle zwei Byte lang sind. Das höchstwertige Byte wird zuerst gespeichert. Die Opcodes sind unten in hexadezimal und mit den folgenden Symbolen aufgelistet:

Hex Symbolisch Assembler Beschreibung
1mmm GO mmm JP addr Go to 0MMM
Bmmm GO mmm+V0 JP V0, addr Go to 0MMM + V0
2mmm DO mmm CALL addr Do subroutine at 0MMM (must end with 00EE)
00EE RET RET Return from subroutine
3xkk SKIP;Vx EQ kk SE Vx, byte Skip next instruction if VX = KK
4xkk SKIP;Vx NE kk SNE Vx, byte Skip next instruction if VX <> KK
5xy0 SKIP;Vx EQ Vy SE Vx, Vy Skip next instruction if VX = VY
9xy0 SKIP;Vx NE Vy SNE Vx, Vy Skip next instruction if VX <> VY
Ex9E SKIP;Vx EQ KEY SKP Vx Skip next instruction if VX = Hex key (LSD)
ExA1 SKIP;Vx NE KEY SKNP Vx Skip next instruction if VX <> Hex key (LSD)
6xkk Vx=kk LD Vx, byte Let VX = KK
Cxkk Vx=RND RND Vx, byte Let VX = Random Byte (KK = Mask)
7xkk Vx=Vx+kk ADD Vx, byte Let VX = VX + KK
8xy0 Vx=Vy LD Vx, Vy Let VX = VY
8xy1 Vx=Vx/Vy OR Vx, Vy Let VX = VX / VY (VF changed)
8xy2 Vx=Vx&Vy AND Vx, Vy Let VX = VX & VY (VF changed)
8xy4 Vx=Vx+Vy ADD Vx, Vy Let VX = VX + VY (VF = 00 if VX + VY ⇐ FF, VF = 01 if VX + VY > FF)
8xy5 Vx=Vx-Vy SUB Vx, Vy Let VX = VX - VY (VF = 00 if VX < VY, VF = 01 if VX >= VY)
Fx07 Vx=TIME LD Vx, DT Let VX = current timer value
Fx0A Vx=KEY LD Vx, K Let VX = hex key digit (waits for any key pressed)
Fx15 TIME=Vx LD DT, Vx Set timer = VX (01 = 1/60 second)
Fx18 SND=Vx LD ST, Vx Set tone duration = VX (01 = 1/60 second)
Ammm I=mmm LD I, addr Let I = 0MMM
Fx1E I=I+Vx ADD I, Vx Let I = I + VX
Fx29 I=Vx(LSDP) LD F, Vx Let I = 5-byte display pattern for LSD of VX
Fx33 MI=Vx(3DD) LD B, Vx Let MI = 3-decimal digit equivalent of VX (I unchanged)
Fx55 MI=V0:Vx LD [I], Vx Let MI = V0 : VX (I = I + X + 1)
Fx65 V0:Vx=MI LD Vx, [I] Let V0 : VX = MI (I = I + X + 1)
00E0 ERASE CLS Erase display (all 0's)
DxyN SHOW nMI@VxVy DRW Vx, Vy, nibble Show n-byte MI pattern at VX-VY coordinates.
I unchanged. MI pattern is combined with existing display via EXCLUSIVE-OR function.
VF = 01 if a 1 in MI pattern matches 1 in existing display.
0mmm MLS@mmm SYS addr Do 1802 machine language subroutine at 0MMM (subroutine must end with D4 byte)

Die Assemblerbezeichnungen entsprechen http://devernay.free.fr/hacks/chip8/C8TECH10.HTM (Chip-8 techn. Referenz)

Beispiel: wandernde Acht

Beispiel 2 aus „RCA COSMAC VIP Instruction Manual“ S.16

Programm 

200: A2 10 61 00 62 00 D1 25
208: D1 25 71 01 72 01 12 06
210: F0 90 F0 90 F0

Assembler-Code 

200:         LD   I, L210    ; A210   Index auf L210 
202:         LD   V1, #00    ; 6100   Startposition (0,0)
204:         LD   V2, #00    ; 6200   
206: L206    DRW  V1, V2, #5 ; D125   "8" zeichnen (5 Bytes ab I)
208:         DRW  V1, V2, #5 ; D125   und wieder löschen
20A:         ADD  V1, #01    ; 7101   Position nach rechts
20C:         ADD  V2, #01    ; 7201   und unten verändern
20E:         JP   L206       ; 1206   und neu zeichnen
     ; Sprite "8" (4x5 Pixel)
210: L210    DB   %11110000  ; F0     ####....
211:         DB   %10010000  ; 90     #..#....
212:         DB   %11110000  ; F0     ####....
213:         DB   %10010000  ; 90     #..#....
214:         DB   %11110000  ; F0     ####....

Beispiel: Zähler

Beispiel 3 aus „RCA COSMAC VIP Instruction Manual“ S.16

Der FX29-Befehl setzt I auf ein Fünf-Byte-Muster im internen Speicher, das die niederwertige hexadezimale Ziffer von VX darstellt. Wenn VX = 07 ist, dann zeigt I auf die Adresse eines „7“ -Musters, das dann auf dem Bildschirm mit einer DXYN-Anweisung angezeigt werden kann. N muss für diese eingebauten hexadezimalen Muster immer 5 sein.

Das folgende Programm veranschaulicht die Verwendung der Anweisungen für FX29 und FX33. Dieses Programm erhöht kontinuierlich V3 und konvertiert es in Dezimalform und zeigt es auf dem Bildschirm an.

Programm 

200: 63 00 A3 00 F3 33 F2 65
208: 64 00 65 00 F0 29 D4 55
210: 74 05 F1 29 D4 55 74 05
218: F2 29 D4 55 66 03 F6 18
220: 66 20 F6 15 F6 07 36 00 
228: 12 24 73 01 00 E0 12 02

Assembler-Code (erstellt mit c8dasm) 

	  
L200: LD   V3, #00            ; 6300  Startwert
L202: LD   I,  #300           ; A300  Speicheradr. für BCD-Zahl
      LD   B,  V3             ; F333  Speichert die BCD-Darstellung von V3 an den Speicherplätzen I, I+1 und I+2.
      LD   V2, [I]            ; F265  Werte aus dem Speicher ab Position I in die Register V0 bis V2 kopieren 
      LD   V4, #00            ; 6400  Position (0,0)
      LD   V5, #00            ; 6500
      LD   F,  V0             ; F029  I auf Ziffern-Sprite für V0 setzen (Hunderter)
      DRW  V4, V5, #5         ; D455  anzeigen
      ADD  V4, #05            ; 7405  Position (5,0)
      LD   F,  V1             ; F129  I auf Ziffern-Sprite für V1 setzen (Zehner)
      DRW  V4, V5, #5         ; D455  anzeigen
      ADD  V4, #05            ; 7405  Position (10,0)
      LD   F,  V2             ; F229  I auf Ziffern-Sprite für V1 setzen (Einer)
      DRW  V4, V5, #5         ; D455  anzeigen
      LD   V6, #03            ; 6603
      LD   ST, V6             ; F618  Sound Timer = 3 (kurzer Piep)
      LD   V6, #20            ; 6620  
      LD   DT, V6             ; F615  Delay Timer = 20 (0,3 s)
L224: LD   V6, DT             ; F607  Warten bis Delay Timer = 0
      SE   V6, #00            ; 3600  Nächste Anweisung überspringen, wenn V6=0 
      JP   L224               ; 1224  sonst weiter warten
      ADD  V3, #01            ; 7301  Zähler erhöhen
      CLS                     ; 00E0  Bildschirm löschen
      JP   L202               ; 1202  neu anzeigen