PC引擎/ TurboGrafx-16架构–实用分析

哈德森和NEC联手启动了第四代游戏机。不幸的是，一旦比赛到来，他们的努力最终将黯然失色。尽管如此，它们的控制台仍将成为市场上最紧凑的设计之一。

就像Master系统一样，NEC发行了许多修订版和奇怪的变体，一开始可能有些麻烦。因此，以下是最重要的模型，以供将来参考：

PC引擎：第一个具有此体系结构的控制台，但仅在日本发布。它看起来像一个带有最少端口的白色小盒子。

TurboGrafx-16：针对美国市场重新设计的PC引擎。它具有相同的功能，但外观不同。让我想起了NES / Famicom改编版。

Supergrafx：PC引擎的增强版，具有完全不同的外壳和新硬件。它的独有功能不在本文讨论范围之内。

本文将重点讨论PC Engine / TurboGrafx-16，但还将讨论导致PC Engine Duo / TurboDuo发行的扩展。

在此控制台中，我们找到了HuC6280，这是由Hudson Soft生产的芯片，其中包含两个组件。其中之一是CPU，它可以两种速度运行：〜1.79 MHz和〜7.16 MHz。

HuC6280不是像Z80那样的现成组件，而是NEC设计的专有CPU。在查看了官方文档后，它似乎确实复制了著名的MOS 6502和Western Digital的65C02的许多行为。话虽如此，这对程序员意味着什么？

在开始之前，我们已经在这里介绍了MOS 6502的某些部分，并在这里介绍了Western Digital和Ricoh制作的16位变体，以防您首先要检查它们。

65C02是Western Digital生产的MOS 6502的另一种改进版本，由于其制造方法（CMOS），效率更高。从软件方面来看，65C02添加了一些新指令并修改了一些现有指令的行为。

我们可以提供有关65C02的更多信息，但是我认为最好专注于Hudson添加的功能（对65C02的补充），因为它们对于有效操作此控制台至关重要。与65C02相比，HuC6280具有：

一个计时器。它通过从指定值开始递减计数来工作，完成后它会向CPU分派中断。

我还没有提到的一件事是，NEC还在CPU旁边添加了一个内存管理单元或“ MMU”，允许处理21位地址（请记住，原来的6502仅具有16位地址）。因此，可以访问的内存量从64 KB增加到2 MB。

该MMU与任何现代MMU都有很大不同。 PC引擎中的一个由8个8位寄存器（称为映射寄存器或“ MPR”）组成，这些寄存器与CPU的16条地址线组合在一起形成21位地址总线。

CPU可以分别使用特殊的TAM和TMA指令读取和/或写入任何MPR。

当访问物理内存时，MMU保留来自CPU的地址线A13-A16，以选择八个MPR之一。

然后，MMU将CPU行A0-A12与所选MPR的8位值组合在一起以设置A13-A20。结果为21位地址。

因此，此MMU将物理内存分为8 KB页（12 CPU行= 8 KB页），这是CPU可以在不交换MPR或更改其值的情况下访问的内存量。

无论如何，如果您在理解它时遇到困难，不要感到不知所措（这只是一种非常规的操作方式，有些人可能会觉得很有趣）。

Hudson Soft HuC6270（这是另一种芯片，也称为视频显示控制器或“ VDC”）会对此加以注意。 HuC6270将绘制播放器在屏幕上看到的所有内容，并且其功能与Sega的同类产品非常相似。因此，请先查看该文章，因为我将重点介绍与Hudson的产品的不同之处。

首先，VDC是一个图块引擎（直到第5代出现时才是标准），但请注意PC引擎如何包含64 KB的VRAM，与竞争对手相比，这是一个很大的数目。这可能会导致一种新型的内容，稍后我们将进行检查。

图形数据的排列方式有点令人困惑：CPU和VDC都使用16位地址，但是CPU仅能处理8位字，而HuC6270在VRAM中存储16位字。这意味着RAM中的单个地址包含一个字节，而VRAM中的地址存储两个字节，因此开发人员在将数据传输到VRAM时必须注意这种差异。

原因归结于哈德森组织电路的方式：VDC具有16位地址总线，但仅控制前15条线（最后一条始终设置为“ 0”），因此从中获取奇数地址第二个字节。我不知道为什么哈德森走这条路，但是我确实知道，如果系统改用128 KB的VRAM，所有这些都会更有意义（因为16位地址总线最多只能访问64 KB，因此通过以某种方式使数据总线加倍，最多可以检索128 KB）。也许那是哈德森/ NEC最初的计划？

除了前面提到的粒度奇数之外，从功能上来说，VDP非常简单。该子系统具有三个主要组件：我们已经讨论过的VDC和VRAM，以及视频编码器（也称为“ VEC”，我们将在适当的时候看到更多信息）。

系统可以使用多种分辨率，这是因为游戏可以更改一组寄存器，这些寄存器用作控制显示时间的参数，而当CRT开始对帧进行投影时，这些寄存器又会发生变化（与过扫描相反）。最低分辨率为256×224像素，而一些自制软件证明该系统可以达到512×240像素。

现在，让我们逐步了解如何绘制框架，为此，我将借用Bonk's Adventure的资产。

快速提醒一下，图块只是渲染器获取以绘制屏幕部分的8x8像素位图。对于VDC，框架由两个平面组成：背景层和子画面层。

在VRAM内部，有一个称为“角色生成器”的区域，其中定义了背景层专有的图块。图块的每个像素占用4位，因此最多可以使用16种颜色。从理论上讲，最多可以定义4096个背景图块，但是由于VRAM小得多，因此实际上很少。

另一方面，使用来自VRAM中单独存储位置的图块绘制Sprite，这称为Sprite Generator，它与以前的Character生成器不同，因为此处的图块宽16x16像素。

视频编码器是一个单独的芯片，可存储32个调色板（背景为16个，子画面为16个），每个调色板可存储16种颜色，每种颜色均为9位宽（红色3位，绿色3位，绿色3位）。蓝色）。

（本节是为那些对Hudson如何利用16位粒度的64 KB VRAM感兴趣的人而写的，但您不必完全了解它就可以继续阅读本文的其余部分。）

到目前为止，我们已经讨论了图块的每个像素都是使用4位（或半字节，也称为半字节）存储的。现在，哈德森指出，图块由四个8x8位图（分别称为“ CH0”，“ CH1”，“ CH2”和“ CH3”）组成。每个贴图的宽度为1位，但是一旦将这四个贴图组合在一起，它们就会形成具有4位像素的最终图块。

另外，还记得VRAM上的16位对齐方式吗？每个16位字存储单行的两个1位位图（8行+ 8行）。因此，在写入八个条目之后，将存储两个映射（而不是一个）。请查看图表以更好地理解这一点。

Sprite切片也会发生同样的情况，但是由于它们是16x16位图，每个位图占用16个字。换句话说，要存储单个Sprite块，将占用64个字（相当于VRAM中的8个字节）。

通过在VRAM中的条目填充背景属性表来构造背景层，每个条目的位置定义屏幕中图块的X​​ / Y坐标。每个条目都包含来自字符生成器和调色板的图块索引。

该层的最大尺寸为1024 x 512像素（128 x 64瓦片），但程序员可以将最小层设置为256 x 256像素（32 x 32瓦片）。

与往常一样，可以通过更改VDC中某些寄存器的值来滚动此层。

VDC包含一个称为Sprite Attribute Table Buffer的内部存储器，最多可以定义64个Sprite。该表的每个条目均存储独立的X / Y位置，调色板，图块索引和H / V翻转。此外，还有一个属性可以将一个精灵与另一个精灵结合在一起。

每个条目的长度为8个字节，尽管由于16位的粒度会浪费一些空间。

最重要的是，CPU无法访问该表，因此需要在VRAM中完成该表，然后激活DMA通道以将其复制到VDC（以便后者可以使用）。

关于限制，每条扫描线最多只能有16个子画面。另一方面，可以设置中断，以便在发生精灵溢出或碰撞的情况时通知游戏。

到目前为止，我们已经了解了VDC如何完成所有繁重的工作，但实际上最后一个任务已委派给视频编码器或“ VCE”。 Hudson将该芯片命名为HuC6260，其基本功能是从VDC接收9位数据流，应用调色板并将结果发送到电视（以模拟信号的形式）。

如果您阅读了以前的文章，您可能会熟悉计时的重要性。好吧，这里也不例外：为了避免出现不必要的伪影（例如“ snow”），只能在垂直中断期间更新VCE。

视频编码器输出RGB（以及同步）和YPbPr，分别适合与SCART电缆或分量电缆一起使用。到目前为止看起来不错！＆amp; mldr

＆amp; mldr不幸的是，哈德森决定将RF调制器作为开箱即用的视频的唯一方法，因此毕竟不是那么好。但话又说回来，PC引擎是在80年代设计的，因此这种方法保证了与所有类型电视的兼容性（假设它们来自控制台的同一区域）。

从好的方面来说，扩展端口包含的引脚可以承载RGB视频和多种同步类型，但是它们将需要外部附件才能发挥其优势。

与本网站中分析的许多其他第三代控制台一样，PC引擎包含一个可编程声音发生器或“ PSG”。另一方面，此PSG特别依赖于波形存储器（也称为“波形缓冲区”）方法来合成声音，而不是使用一组预定义的波形（即脉冲，三角形等）。波形存储器使程序员可以定义自己的波形，从而为音轨安排提供更大的灵活性。

该系统有六个通道，每个通道都是通过写入一组寄存器来设置的，有很多可自定义的属性，因此以下是最重要的属性：

波形形状：使用32个5位值生成波形周期，每个值对应于特定时间的波幅。

频率控制：两个8位寄存器更改通道的频率，以产生具有相同波形的不同音符。

幅度级别：共享寄存器的四位控制通道的声音大小。

某些通道组具有其他操作模式。例如，最后两个通道连接到噪声发生器。此外，第二个通道可以充当低频振荡器来调制第一个通道，非常类似于FM合成。

PSG将混合所有内容并输出立体声信号。但是，除非您找到绕过RF端口的方法，否则您只会从电视中听到单声道。

该控制台具有大量附件，其中一些附件在内部（例如，通过提供更多的RAM）和在外部（通过添加更多的端口和/或读取其他存储介质的可能性）完全增强了控制台的功能。

这在很大程度上归功于控制台背面的扩展端口，该端口允许访问以下组件：

电压输入线：绕过原始PSU并通过附件为控制台供电。

音频输入和输出：可以接收立体声音频输出和/或从输入线路发送音频。

CPU数据和地址线：使CPU能够访问附件，反之亦然。

VDC数据线（那些连接到视频编码器的数据线）：允许附件点击这些线，但我不确定该怎么做。

CPU控制线：读取HuCard和CD检测标志，使用的速度模式，还可以访问中断线。

我很好奇，想知道NEC或Hudson在什么程度上设想了此控制台，他们是否正在尝试构建某种可以升级到下一代的“模块化控制台”？

我仍然没有提到控制器（或某些地方称其为Joypad）。与其他产品非常相似。控制台仅允许连接其中之一，游戏会检查内存中的单个地址以获取按键。该地址返回一个4位值。

游戏前没有内部ROM或'BIOS'或其他任何可运行的东西，因此我们这里没有操作系统。复位向量位于地址$ FFFE和$ FFFF（请记住内部寄存器为8位，而存储器地址为16位，因此我们需要两个字来初始化程序计数器），并且这些地址指向游戏卡。

这也意味着程序员要负责“内务处理”（即初始化内存，设置MMU等）。

程序以6502汇编语言编写，并带有额外的65C02操作码和Hudson引入的程序码。

NEC / Hudson不再依赖其他所有人似乎都喜欢的笨拙而乏味的墨盒，而是设计了另一种媒介，这次使用的是信用卡大小的卡片，称为HuCard。它们来自某些MSX游戏使用的称为“蜜蜂卡”的较旧媒体。

奇怪的是，它们与Sega卡非常相似，但它们包含38个引脚而不是35个引脚。在内部，两者之间的差异更为明显：

在没有映射器的情况下，CPU内存映射最多可以访问1 MB的HuCard内存，因此大多数游戏都卡有1 MB ROM。同时，“街头霸王II”之类的游戏驻留在2.5 MB的ROM中！

有一个“音频输入”引脚，似乎可以使卡向控制台提供额外的音频通道。

那个扩展端口打开了通往大量附件和扩展单元的大门，最终他们将简单的PC引擎变成了完全不同的东西。似乎还不够，HuCard插槽补充了扩展的可能性。我的意思是说，对于本文，我将重点关注显着的升级（其中一些已包含在控制台的未来版本中）。

让我们看一下CD-ROM²扩展，它包含一个CD-ROM读取器和一个特殊的HuCard，称为System Card，后者充当BIOS来引导游戏并提供一些与读取器接口的例程。在内部，读取器包括用于常规用途的64 KB RAM，用于传输ADPCM样本的另一个64 KB RAM和最后用于存储数据的2 KB。如您所料，这使游戏开发人员可以利用额外的存储空间和CD音频，同时为发布商提供经济上的缓解，使其可以通过非专有媒体分发游戏。

数年后，NEC发布了另一个CD模块，称为SuperCD-ROM²，而阅读器的硬件基本保持不变，但其通用RAM增加到256 KB。已经拥有CD-ROM²单元的客户可以通过购买超级系统卡来对其进行“更新”，其中包括额外的RAM（以及另一个I / O例程！）。最重要的是，NEC后来发布了称为Arcade Card的新BIOS更新，其中包含2 MB的RAM。

基于CD的游戏严格依赖于为其开发的BIOS卡，尽管较新的卡向后兼容（某些例外）。因此，对于想要玩几乎所有基于CD-ROM的游戏的用户而言，Arcade卡是首选。我提到“几乎”是因为第三方公司还发布了自己的BIOS卡（即“ Games Express CD卡”），而这些卡是专门用来播放该工作室中的游戏所必需的。

NEC / Hudson还通过SuperCD-ROM²发行了PC-Engine / TurboGrafx-16的新版本，称为Turbo Duo，将控制台，读取器和BIOS卡捆绑在一个包装中。

如果您对发布的其他扩展版本感到好奇，请查看“来源”部分（本文结尾）中的目录链接。

HuCard已在区域锁定，这意味着PC-Engine游戏无法在现成的TurboGrafx-16上运行（反之亦然）。这是因为数据线在美国版上是倒置的。如您所料，这不是廉价适配器无法解决的问题。但是，游戏可能包含检查系统区域的例程。

另一方面，CD-ROM游戏既没有区域锁定也没有复制保护，但要记住，它们仍然需要系统卡来引导它们（区域锁定）。

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