Gerência de Memória no MSX (I)

Transcrição

1 Gerência de Memória no MSX (I)

2 Resumo O objetivo deste artigo é mostrar como a memória é distribuída no MSX, desde a ROM, passando pelos cartuchos e chegando a RAM. São 2 artigos, onde o primeiro fala sobre slots primários e o segundo sobre slots secundários, incluindo a Mapper e Megaram. 1- Introdução Sabemos que a memória do MSX tem 64 Kb. Mas a ROM tem 32 Kb, a RAM 64, fora os cartuchos. Não são mais de 64 Kb? A resposta é sim. Então, como o Z-80 pode acessar diretamente mais de 64 Kb? A resposta é ele não acessa! De fato, o Z-80 só enxerga 64 Kb. Para acessar todas estas memórias, será necessário comutar (trocar) a memória ativa para outra que se deseje acessar. Por exemplo, o Z-80 deixa de enxergar a ROM e passa a enxergar a RAM. Para facilitar este mecanismo, os projetistas do MSX dividiram a memória em 4 partes, chamadas de páginas e cada fatia desta pode ser comutada independentemente das outras. A figura 1.1 mostra a memória principal, que é enxergada pelo Z-80. A vantagem desta divisão será comprovada mais adieante. Fig Memória principal As páginas são numeradas de 0 a 3, têm 16 Kb cada uma e seus limites estão expressos na figura 1.1.

3 Mas, quantas memórias de 64 Kb podem ser compartilhadas na memória principal? Podemos compartilhar 4 memórias. Cada memória é chamada de slot, e varia de 0 a 3. No MSX 1, Expert, a configuração de slots é dada, conforme a figura 1.2. Fig Configuração dos slots no Experts Esta configuração pode variar em outros modelos de MSX, mas a ROM está sempre no slot Chaveamento de memória Cada página da memória principal pode enxergar somente a região de memória de qualquer um dos 4 slots correspondentes ao seus limites. Por exemplo, a página 0 enxerga de 0000 a 3FFF de qualquer um dos 4 slots, a página 1 enxerga de 4000 a 7FFF de qualquer um dos 4 slots, etc. Fica claro aqui que não existe uma quinta memória de 64 Kb. A memória principal referida aqui é o que o Z-80 está enxergando, conforme o chaveamento da memória. As memórias são somente os 4 slots físicos. Foi dito na seção anterior, que podemos chavear as páginas independentemente umas das outras. De fato podemos ter a página 0 enxergando o slot 0, a página 1 enxergando o slot 3, a página 2 enxergando o slot 1 e a página 3 enxergando o slot 2. Afinal, como eu posso chavear a memória, para que cada página enxergue a fatia de memória do slot desejado? O chip PPI é o responsável por chavear a memória. A porta A8 controla o chaveamento conforme a figura 2.1. Fig Porta A8 A porta A8 é um número de 8 bits, onde os 2 primeiros indicam qual slot a página 3 enxerga, os 2 seguintes indicam qual slot a página 2 enxerga, etc. Se lermos esta porta e o

4 resultado for 128 (&B ), temos que a página 3 está enxergando o slot 2 (&B10) e as demais estão enxergando o slot 0. Quando damos a partida no Expert, a memória é configurada conforme a figura 2.2. Os 32 Kb de ROM ficam nas páginas 0 e 1 e 32 Kb de RAM ficam nas páginas 2 e3. Portanto, a porta A8 tem o seguinte valor: 160 (&B ) Fig2.2 - Configuração inicial do Expert. Quando mudamos o slot de uma página, estamos mudando todo o acesso à memória nos limites correspondentes aquela página. Dizemos para o sistema: esquece o slot X e use o slot Y. Portanto, todo cuidado é pouco! Este assunto será abordado adiante. 3- O Perigo da Troca de Slots Nesta seção, será abordado como é percorrida a memória, no par busca-execução em assembly. Assim como no Basic, quando nosso programa roda, ele começa em uma dada posição e, caso não haja desvios (goto, then <linha>, return, etc), segue para a posição logo abaixo. No caso específico do assembly, a busca consome n bytes (referentes a instrução, onde normalmente são 1, 2 ou 3 bytes) e a próxima instrução será executada em p+n.

5 Seja o programa abaixo: E C8 LD A,C ADD A,B SUB D Se o programa começar em 1800, irá executar a instrução LD A,C8. A próxima instrução será em 1802 e depois em Se estivermos em 1800 e a página que for trocada for a mesma que o programa estiver rodando, neste caso a página 0, todo conteúdo de memória entre 0000 e 3FFF será trocado para o conteúdo de memória do novo slot. Com isso, a linha 1802 não será mais ADD A,B e sim o que estiver na página, no momento da troca. E esta será a próxima linha de execução. Como o programa rodará a partir da posição 1802 da nova página, buscará as instruções relativas ao que for encontrado lá, e dali em diante. Portanto, estaremos perdendo o controle de nosso programa, pois a página inicial não voltará sozinha! Para fazer leituras em páginas de outro slot, devemos estar fora da página a ser trocada. 4- Estratégia de jogos e cartuchos A BIOS contém instruções básicas, como escrever na tela, som, sprites, joystick etc, já prontas de fábrica para que o usuário não se preocupe em gastar tempo para fazê-las e nem espaço em seu programa com elas. A BIOS está na ROM, na página 0. Quando programamos em Basic, precisamos das páginas 0 e 1 da ROM, que contém este interpretador. Porém, quando rodamos em assembly, o máximo que iremos precisar é da BIOS, que está integralmente na página 0. Caso você queira, você poderá colocar seu programa na página 0, mas deverá fazer todos os acessos diretos aos chips de som, vídeo, PPI etc, sem utilizar a BIOS. Normalmente, os jogos em assembly utilizam a memória a partir da posição 4000H, ou seja, página 1. Isto, porque este programa não precisa do interpretador Basic. Os jogos utilizam uma estratégia simples para se carregar em tais posições. Quando chamados do Basic, são carregados na página 2 (RAM usada pelo Basic), são executados a partir de um trecho perto do final do bloco, trocando o slot 1 da página 1 para RAM e copiando o bloco de programa do jogo para o endereço 4000H. Caso a página já seja RAM, basta mover o bloco para a posição desejada. A figura 4.1 mostra como é um arquivo de um bloco de um jogo. A figura 4.2 mostra como o bloco é carregado na memória e copiado.

6 Fig Arquivo de jogo Fig.4.2 Esquerda: Carregamento pelo Basic. Trecho verde roda, trocando slot da página 1 de 0 para 2. Direita: trecho verde copia bloco amarelo para página 1. O bloco em amarelo tem exatos 16 Kb (quando não é o último). Se o segundo bloco for carregado na página 2, basta que o trecho em verde da figura 4.2 apenas copie o bloco amarelo para a posição 8000H. Ao final, deverá pular para a posição 4000H para que o jogo se inicie. O jogo na verdade são os 32 Kb, desde a posição 4000H. Se o primeiro bloco do jogo for carregado no Basic sem a extensão,r, obviamente, o jogo não rodará. Para testar o que foi dito, vejamos o que os dois blocos do jogo Konami s Soccer faz. Primeiramente, são apresentados os blocos, se lidos em um editor hexadecimal.

7 Bloco 1: FE D0 00 D ` ABp@ E0 02 AB 2 g E C3 C4 4B CD 3E 01 F3 CD 16 4F E0 CB K > O! D 34 FB CD CD C8 40 3E E0 F CD 3E 01 B7 F3 FC 16 4F FB C > O C F D0 24 C9 83 5F D0 14 C9 E1 87 CD G o $ _ C 40 5E EB E9 F3 ED 56 CD F 0F E6 \@^#V V F C1 FC 09 B6 4F E E6 O! O####~ C B CD E C3 32 9A FD 21 2E & $ > 2!.@" 0000A0 9B FD F E E0 01 7F ! B0 ED B0 3E E0 CD CD 33 5A AF > 2 VH 3Z C0 E0 CD 3E 01 FB 18 FE C3 4C 4E 21 > LN! 0000D0 03 E0 34 3A 02 E0 E ED 4B 00 K 0000E0 E0 79 FE E5 CD F A2 41 y 0 A 0000F0 CF CD 42 DD 42 E8 43 2A A 03 A B B B C*E : E0 1F D0 CD D8 4B C0 11 2A 49 CD A0 47 AF C3 C7 K *I G C E0 35 C0 CD A1 4C AF C3 F3 41 CD A! 5 L A CD CD 27 4A CD B6 4B C3 CA 41 CD 94 ih YF 'J K A Bloco FE D0 00 D0 E3 01 F5 01 FF FF W FF EF EB F7 F6 EA D !! % y D 82 B ] 5 E U e A9 80 BD FE u h F8 00 5C 02 F FE \ ` d F8 00 5C 02 F FC 8C 04 \ ` F8 00 5C 02 F FC \ ` F8 00 5C 02 F FF F8 F8 D0 02 \ ` FB FB D CC 04 0D 00 D8 03 F8 F8 E FB FB D CC 04 0D 00 D8 03 F x 0060A0 FF FC 7C FC B0 F FF FC 7C FD F FD 8C 03 x 0060C0 17 FE FD FC F FF 9C 04 x 0060D0 0D 00 A A0 04 E5 80 F E0 E A9 80 BD FE u h 0060F0 F8 00 6C 02 F FE FB A8 04 l t d F8 00 6C 02 F FA AC F9 B0 04 l t F8 00 6C 02 F FB A FC BC 04 l t F8 00 6C 02 F FA l t 9 I Depois de carregados, inspecionamos a memória do MSX, através do debug do BrMSX, para compararmos os resultados: +- BrMSX debugger SCC Stack ---- VDP BASE() BE Bp@... F SP+6 E077 Name F SP+4 5A76 Pattrn E0 AB.2.g.. F SP+2 40BE Color E F SP A8D3 SpAttr 3B F SP-2 185E SpImag C3 C4 4B CD 3E...K.> V SP-4 D F3 CD 16 4F E0...O!.. V SP-6 73A8 Screen CB D 34 FB CD 87.F.4... V Advanced Info CD C8 40 3E H..@>.2. V E0 CD 3E 01 B7 F3 FC 16..>... V Clocks Left 0E90B F FB C O... Interrupt Pending NO C F D0 24..G..o.. +- Drive --- VDP Waiting NO 4060 C9 83 5F D0 14 C9 E1 87.._... D0 D0 VDP Low Byte 6C 4068 CD 5C 40 5E EB E9.\@^#V.. D1 00 VDP Lookahead F3 ED 56 CD F 0F..V.8... D2 09 VDP Address E6 03 4F C1 FC..O..!.. D3 00 VDP Access Write D4 61 VDP Status Byte BrMSX settings

8 Resolution: 320x200 Frame skipping: 0001 Bar Graph: OFF Emulation: NORMAL Joy: - Sound: ON VSync: OFF Session: SINGLE COM: 1 Video Cache: ON Command: SCC: OFF BrMSX debugger SCC Stack ---- VDP BASE() E3 01 F5 01 FF FF F SP+6 E077 Name FF EF EB F7 F6 EA 21...! F SP+4 5A76 Pattrn D !...%.y F SP+2 40BE Color D 82 B ]... F SP A8D3 SpAttr 3B E.U.e F SP-2 185E SpImag u... V SP-4 D A9 80 BD FE 68...h V SP-6 73A8 Screen F8 00 5C 02 F \...` V Advanced Info FE d... V F8 00 5C 02 F \...` V Clocks Left 0E90B FC 8C... Interrupt Pending NO F8 00 5C 02 F \...` +- Drive --- VDP Waiting NO FC D0 D0 VDP Low Byte 6C F8 00 5C 02 F \...` D1 00 VDP Lookahead FF F8 F8 D0... D2 09 VDP Address FB FB D CC... D3 00 VDP Access Write D4 61 VDP Status Byte BrMSX settings Resolution: 320x200 Frame skipping: 0001 Bar Graph: OFF Emulation: NORMAL Joy: - Sound: ON VSync: OFF Session: SINGLE COM: 1 Video Cache: ON Command: SCC: OFF Conclusões O jogo apresentado, não utiliza nenhum acesso à ROM na página 1. Logo, o problema de troca de slots não existe aqui. Este problema nem mesmo existe no carregamento do bloco, pois a cópia se dá da página 2 para a 1. Se estivéssemos na página 1 e trocássemos o slot, aí sim o programa perderia o controle. Caso desejássemos usar a página 0 para nosso programa, poderíamos chamar a BIOS da página 3, por exemplo. Isto é, desviaríamos nosso programa para um endereço maior que C000H e de lá chamaríamos a BIOS, antes comutando a página 0. O retorno seria para a página 3 (que não foi comutada) e voltaríamos a página 0 para RAM. Em seguida, um RET retornaria para a posição da página 0, corretamente setada para RAM. Este truque pode ser feito em qualquer página diferente da 0. A sugestão da página 3 se deve ao fato de que, provavelmente, seu programa já terminou muito antes e que seja usada uma área livre de memória. 6- Créditos Este artigo foi escrito por Marcelo Teixeira Silveira, engenheiro de sistemas e computação formado pela UERJ, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Brasil.