Memory Management Chip

发表于 3年以前  | 总阅读数:533 次

Mapper

mapper,这个概念来源于 memory mapping,又叫做 Memory Management Chip,它主要用来解决地址映射,简单来说就是决定物理内存如何映射到 CPU 或者 PPU 的地址空间

mapper 可以用来支持增加卡带的 RAM 甚至支持额外的音频通道,但更一般的目的就是控制物理内存到地址空间的映射,突破游戏 40KB 的限制

为什么说是 40KB 的限制,因为早期一般的游戏最大就是 的 PRG,以及 的 CHR,加起来就是 40KB,而更复杂的 mapper 硬件可以使得游戏突破这个限制。

mapper 的种类太多太多,不同 NES 版本的 mapper 也有所不同,各种杂七杂八的加起来有好几百个,不过这里我们挑几个常见的游戏使用的 mapper 来说明。

NROM

mapper 000,排在第零个,最简单的一种 mapper,像超级马里奥就使用的是 NROM。NROM 也分种类,NROM-128 的存放 PRG 的 ROM(后面简称 PRG-ROM) 只有 16KB,而 NROM-256 有 256KB。

  • PRG 的第一个 bank(16KB) 映射到 0x8000-0xBFFF,最后一个 bank 映射到 0xC000-0xFFFF。
  • PPU 的 VRAM 开头 8KB 映射到 CHR,也就是 PatternTable

这就是最简单的 NROM,与我们前面讲述 CPU 和 PPU 时一致,当时不是说不讨论复杂情况吗,其实就是在用 NROM 来举例子。

MMC1

mapper 001,使用 MMC1 的游戏有双截龙,恶魔城等,来看其 bank 和映射关系:

  • CPU 0x6000-0x7FFF 映射到 8KB 的 PRG RAM bank,这是可选的
  • CPU 0x8000-0xBFFF 映射到 PRG ROM 的一个 bank,这个 bank 要么是可切换的要么固定为第一个
  • CPU 0xC000-0xFFFF 映射到 PRG ROM 的一个 bank,这个 bank 要么是可切换的要么固定为最后一个
  • PPU 0x0000-0x0FFF 映射到一个 4KB 可切换的 CHR bank
  • PPU 0x1000-0x1FFF 映射到一个 4KB 可切换的 CHR bank

MMC1 这个 mapper 就高级多了,它有一系列的端口寄存器,我们可以操作这些端口来配置 MMC1。来简单看看有哪些端口:

Control

0x8000-0x9FFF,向这部分地址空间任意一地址写入数据都会写入寄存器 0,有朋友可能会有疑问,这部分地址空间不是映射到 PRG 吗,怎么又与一个寄存器相连了?虽然我不清楚具体电路,但是不难推断这是没问题的,PRG 程序代码是只读的,但这里是写入。很多地方端口相同但读写不同的情况下,映射可能也有所不同,比如前面我讲述串口时其中很多的端口就是这样子的,所以这里是不冲突没有问题的,接着来看 0x8000-0x9FFF 这部分地址空间表示的端口:

  • bit0:0 表示设置为 horizontal 镜像,1 表示设置为 vertical 镜像
  • bit1:0 表示设置为 single 镜像
  • bit2:0 表示 bank switching 发生在 0xC000-0xFFFF,1 表示 bank switching 发生在 0x8000-0xBFFF
  • bit3:0 表示 bank 大小为 32KB,也就是一次性交换 32KB(0x8000-0xFFFF),1 表示按照 bit2 的设置来交换
  • bit4:0 表示一次性交换 8KB 的 CHR,1 表示交换 2 个分开的 4KB CHR banks
  • bit7:置 1 表示清空这个寄存器

这里说明一下这个 bank 没有特定的大小,都是根据硬件设置而来,而且 PRG CHR 等都用 bank 来做交换的基本单位,可能有些混淆这里说明一下。

CHR bank 0

0xA000-0xBFFF,这部分地址空间连接到了另一个端口,向这个端口写入 CHR bank number 可以选择 CHR 的那一块 bank 映射到 PPU 的 0x0000-0x0FFF,如果 CHR bank 的大小在 Control 寄存器设置为 8KB,那么就会选择一个 bank 映射到 0x0000-0x1FFF。

CHR bank 1

0xC000-0xDFFF,道理同上,向这部分地址空间任意一地址写入 CHR bank number 可以将选择的 bank 映射到 PPU 的 0x1000-0x1FFF

PRG bank

0xE000-0xFFFF,同理,写入 PRG bank number 来选取一个 PRG bank,至于这个 bank 多大,映射到 CPU 地址空间中的 0x8000 处还是 0xC000 处要视 Control 寄存器的设置决定。

UNROM

下面接着来看 mapper 002,使用这个 mapper 的著名游戏有魂斗罗,洛克人等等。UNROM 比较厉害,最高可支持 4M 的 PRG,要知道 M 这个单位在那时对游戏来说是个很大的单位了。虽然 UNROM 可以支持 4M 的大容量 PRG,但其实 UNROM 还没 MMC1 复杂,来看其 banks 的规划(映射关系)

  • CPU 0x8000-0xBFFF,16KB 可切换的 PRG ROM bank
  • CPU 0xCFFF-0xFFFF,16KB 固定的 PRG ROM bank,这部分地址空间固定映射到最后一块 PRG bank
  • CHR 容量 8KB,就映射到 PPU 开头的 2KB

就只有这些,还是挺简单的,UNROM 只支持 2 种镜像垂直和水平,而且设置方式是制作卡带时就焊接好的(solder pad,如果我没理解错的话),它有一个 bank 选择寄存器,向 0x8000-0xFFFF 这部分地址空间的任一地址写入 PRG bank number 即可选择一 PRG bank 映射到 0x8000

不知道细心看的朋友有没有一个疑惑,像魂斗罗,洛克人这类的游戏都是打游戏,特别是魂斗罗,我之前讲述的文章里面包括了很多魂斗罗的例子,CHR 容量 8K 够用吗?显然所有的图案表加起来肯定超过 2 个也就 8KB。

像魂斗罗这类的游戏有些特殊啊,它们没有 CHR ROM,有的是 CHR RAM(可以将 PPU 的开头 8KB 视作 CHR RAM),通过 FCEUX 可以知道魂斗罗的 PRG ROM 为 128KB,没有 CHR ROM,它的 PatternTable 就在 PRG 里面,是游戏运行期间 CPU 控制通过 PPU 端口将 PatternTable 从 PRG 复制到 CHR RAM

CNROM

mapper003 CNROM,这个 mapper 也比较简单,较为出名的游戏有勇者斗恶龙,高桥名人的冒险岛等等,前面关于 mapper 都写得差不多,应该有这概念了,后面我就简述了

banks

  • PRG ROM 只有 16KB 或者 32KB,跟 mapper 000 一样,不可 bank switching
  • CHR ROM 较大,up to 2M,CHR bank size 为 8KB,CHR banks 之间切换,映射到 PPU 的 0x0000-0x1FFF

register

register 只有一个,类似 UNROM,向 0x8000-0xFFFF 这部分地址空间的任一地址写入 CHR bank number 即可选择一 CHR bank 映射到 0x0000-0x1FFF

MMC3

mapper004 MMC3,使用 MMC3 的游戏很多很多,较为出名的我比较喜欢的有热血系列比如说热血格斗传说,热血物语等等

Banks

MMC3 对于 banks 的规划就很精细,很多,意思也大同小异,我就不重复写了,直接看 wiki 上的资料:

  • CPU 0x6000-0x7FFF: 8 KB PRG RAM bank (optional)
  • CPU 0x8000-0x9FFF (or 0xC000-0xDFFF): 8 KB switchable PRG ROM bank
  • CPU 0xA000-0xBFFF: 8 KB switchable PRG ROM bank
  • CPU 0xC000-0xDFFF (or 0x8000-0x9FFF): 8 KB PRG ROM bank, fixed to the second-last bank
  • CPU 0xE000-0xFFFF: 8 KB PRG ROM bank, fixed to the last bank
  • PPU 0x0000-0x07FF (or 0x1000-0x17FF): 2 KB switchable CHR bank
  • PPU 0x0800-0x0FFF (or 0x1800-0x1FFF): 2 KB switchable CHR bank
  • PPU 0x1000-0x13FF (or 0x0000-0x03FF): 1 KB switchable CHR bank
  • PPU 0x1400-0x17FF (or 0x0400-0x07FF): 1 KB switchable CHR bank
  • PPU 0x1800-0x1BFF (or 0x0800-0x0BFF): 1 KB switchable CHR bank
  • PPU 0x1C00-0x1FFF (or 0x0C00-0x0FFF): 1 KB switchable CHR bank

Registers

I Bank Select

0x8000-0x9FFE,这之间的偶数地址连接到 Bank Select 寄存器,顾名思义,写入这个寄存器可以控制映射方式,具体如下,我还是直接贴 wiki 的资料:

只用关注前面几位就行,不同的 RRR 映射方式不同,上图写得很清楚了,我就不再多做解释。

II Bank Data

0x8001-0x9FFF,这之间的奇数地址连接到 Bank Data 寄存器,就是向这个寄存器写入 bank number 来选取一个 bank 然后然后按照 Bank Select 寄存器中的方式映射。

III Mirroring

0xA000-0xBFFE,这之间的偶数地址连接到 Mirroring 寄存器,这个寄存器的 bit0 为 0 的话表示 垂直镜像,为 1 的话表示 水平镜像

IV PRG RAM

0xA001-0xBFFF 奇数部分地址连接到此寄存器,这个寄存器的 bit7 可以使能 PRG RAM(0x6000-0x7FFF),简而言之可以允许你存档了。

MMC3 是允许产生 IRQ 中断的,前面说了 CPU 有三种中断,RESET,NMI,IRQ,前两种的来源都说过,而 IRQ 的中断源就来自这的 mapper,与之相关的有 4 个寄存器:

V IRQ Latch

0xC000-0xDFFE 偶数部分,这个寄存器里面存放着 IRQ 计数器开始计数的数字

VI IRQ reload

0xC000-0xDFFF 奇数部分,向这个寄存器写入任何数据都会使得 IRQ Latch 中存放的数重新加载到内部的计数器

VII IRQ disable

0xE000-0xFFFE 偶数部分,向这个寄存器写入任何数据都会禁止 IRQ 产生

VIII IRQ enable

0xE001-0xFFFF 奇数部分,向这个寄存器写入任何数据都会使能 IRQ 产生

至于产生中断后干什么,那就看 IRQ 的中断处理程序,mapper 产生的 IRQ 可以用来屏幕分割,之前不是说了可以利用 sprite 0 hit 来判断 scanline 的渲染情况,渲染到那儿了,这里也可以用 IRQ,这也是 IRQ 最主要的作用。

好了,上述就是 mapper 的一些内容,更多详情有兴趣的还是请看 wiki 上的资料。到此,结合之前讲述的所有内容,应该对 NES 的 PRG,CHR,mapper,CPU,PPU 之间是如何配合使得游戏运行起来有一个大致的认识了。

本文就到这里了,有什么问题还请批评指正,也欢迎大家来同我交流学习。

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