0.1 - このドキュメントを読むにあたって

このドキュメントを執筆するにあたり、なるべく簡単に情報が簡単にみつかるように務めた

16進数の隣には例えば"0x200 (512)."のようにカッコ内に10進数を併記するようにしている
イタリックの文字は変数の値を示している(例えば"Vx,"のxは4ビット値)
まず覚えておくべきことは、このドキュメントの[TOC]をクリックするとTable of contentsに飛べることだ
そして、すでにクリックしたリンクはグレー、そうでないのはブルーになる

1.0 Chip-8について

「Chip-8のエミュレータを書いているんだ」と話した人への返答はいつもこうだ「Chip-8って何？」

Chip-8は1970年代後半から1980年代にDIYコンピューター用に設計されたシンプルでインタプリタなプログラミング言語である。例えば、COSMAC VIP、DREAM 6800、ETI 660だ。これらのコンピューターはテレビをディスプレイに使用するよう設計され、1から4KのRAMを持ち、16個の16進数キーボードを持っている。インタプリタ自体は512バイトのメモリに収まり、16進数で書かれたChip-8のプログラムはさらに小さい。

1990年代初頭にChip-8言語はAndreas Gustafssonという男によって復活した。AndreasはHP48 graphing calculatorのためにChip-8インタプリタを書いた。HP48はゲームを高速に実行するような機構をもっていなかったが、そこで上手くいったのはChip-8だった。その後、Chip-8からSuper Chip-8が生まれ、より高い解像度やその他グラフィック系の改善が入った。このChip-8はMS-DOS、Windows 3.1、Amiga、HP48、MSX、Adam、ColecoVision等たくさんのプラットフォームで新しいChip-8インタプリタが生まれるきっかけとなった。私はPaul Robsonの実装をウェブで見かけたことをきっかけにChip-8を書くようになった。

このドキュメントは私がChip-8インタプリタを書くために集めた全ての情報を記したものである。

Chip-8の仕様

2.1 メモリ

Chip-8は0x000(0)から0xFFF(4095)の4KB (4,096バイト)のRAMを持つ。最初の512バイト0x000から0x1FFはインタプリタ自身が使う領域なのでプログラマでは使用してはならない。

ほとんどのChip-8用プログラムは0x200(512)から、いくつかの実装は0x600(1536)から始まる。0x600(1536)始まるプログラムはETI660用である。

Memory Map:
+---------------+= 0xFFF (4095) End of Chip-8 RAM
|               |
|               |
|               |
|               |
|               |
| 0x200 to 0xFFF|
|     Chip-8    |
| Program / Data|
|     Space     |
|               |
|               |
|               |
+- - - - - - - -+= 0x600 (1536) Start of ETI 660 Chip-8 programs
|               |
|               |
|               |
+---------------+= 0x200 (512) Start of most Chip-8 programs
| 0x000 to 0x1FF|
| Reserved for  |
|  interpreter  |
+---------------+= 0x000 (0) Start of Chip-8 RAM

2.2 レジスタ

Chip-8は16個の8ビット汎用レジスタを持っており、本ドキュメントではVx(xは16進数で0からFまで)と表記する、もう一つ16ビットのIというレジスタがある。Iはメモリアドレスの格納のために使われる。下位12ビットのみ通常使われる。

VFレジスタはプログラムから通常直接使われず、いくつかの命令のフラグとして使われる。詳しくは3.0 命令を参照のこと。

Chip-8には二つの特別な8ビットレジスタがある、delayとサウンドタイマーである。これらのレジスタがゼロ以外の場合、60Hzの速度で自動的にデクリメントされていく。

また、プログラムからアクセス不可なレジスタ(pseudo-registers)がある。プログラムカウンタPCは16ビットで現在の実行アドレスを格納する。スタックポインタSPは8ビットでスタックの先頭のインデックスを表す。

スタックは16個の16ビットの配列で、インタプリタのサブルーチンのリターンアドレスを格納する。Chip-8は16段階のサブルーチンの呼び出しが可能である。

2.3 キーボード

Chip-8の最初のコンピュータには以下のような16進数キーボードがあった


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

このレイアウトは今日のプラットフォーム合うように様々な形にマッピングされた。

2.4 ディスプレイ

最初のChip-8実装では64x32ピクセルのモノクロディプレイが使われた。

ETI660等のインタプリタでは64x48や64x64ピクセルモードもあるらしいが、私の知る限り、それらのモードをサポートするChip-8実装は今のところない。最近ではSuper Chip-48というHP48計算機のインタプリタが128x64ピクセルモードを備えているそうだ。

Chip-8はスプライトを使ってスクリーン上に描画を行う。スプライトはバイト列で描画したい対象のバイナリ表現である。Chip-8のスプライトは15バイトまで可能でそのサイズは8x15になる。

Chip-8のプログラムは0からFまでの文字を表すスプライトのプリセットを使用することができる。それらは5バイト長で8x5ピクセルで、インタプリタのメモリの(0x000から0x1FF)に格納されている。

タイマーとサウンド

Chip-8はDelayタイマーとサウンドタイマーを持っている。

DelayタイマーはDelayタイマーレジスタ(DT)がゼロ以外の時に有効である。Chip-8は60HzでDTをデクリメントし、DTが0になると無効となる。

サウンドタイマーはサウンドタイマーレジスター(ST)がゼロ以外の時に有効である。STは60Hzでゼロになるまでデクリメントされ、その間Chip-8はブザー音を鳴らす。

Chip-8のサウンドは一つの音のみで、鳴らし方はChip-8の実装者が好きに決めてよい。

Chip-8の命令セット

インタプリタ

ウェブ上にあるChip-8の実装を以下に示す。

Title	Version	Author	Platform(s)
Chip-48	2.20	Anrdreas Gustafsson	HP48
Chip8	1.1	Paul Robson	DOS
Chip-8 Emulator	2.0.0	David Winter	DOS
CowChip	0.1	Thomas P. Greene	Windows 3.1
DREAM MON	1.1	Paul Hayter	Amiga
Super Chip-48	1.1	Based on Chip-48, modified by Erik Bryntse	HP48
Vision-8	1.0	Marcel de Kogel	DOS, Adam, MSX, ColecoVision

Credits

このドキュメントはThomas P. Greeneによって編集されたが、以下を内容を含んでいる。

私自身がしたハック。
David WinterのChip-8エミュレータのドキュメント
Christian EgebergのChipperのドキュメント
Marcel de Kogelのソースコード
Paul HayterのDREAM MONのドキュメント
Andreas GustafssonのChip-48ドキュメント

Cowgod's Chip-8 Technical Reference v1.0