任天堂产品系统文件精编.docx
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任天堂产品系统文件精编
Documentnumber：
WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986
任天堂产品系统文件精编
任天堂产品系统文件
（译、编2002/10/10）
_____________________________________________________________________
1、系统简介
任天堂主机由6502处理器和一个特制的图形处理器组成。
CPU是6502，而不是传言中的65C02（CMOS）。
PPU的显存是和CPU的内存是分离的，可以通过对特殊端口的读/写来操作。
卡带可能包含的内容有位于处理器地址$8000-$FFFF的ROM，和位于PPU地址$0000-$1FFF的VROM。
由于NES只有2K的RAM，因此变量的可用的变量空间只有从$0000到$07FF共8个页面。
在开机之后RAM和VRAM中的内容是0，但是注意：
复位并不改变其中的内容。
在更小的卡带，比如只有16KB的ROM，它占有$C000-$FFFF，而$8000-$BFFF的空间是不用的。
那些大于32KB的卡带，它被特殊的电路分页到一定的地址空间。
一些卡带在$6000-$7FFF有SRAM，那是电池存储的位置。
卡带VROM被用来做图案表（例如Tile表,角色发生器等等）。
通常的数量是8KB，包含两个图案表。
大于8KB的VROM被特殊的电路分页到一定的地址空间。
内部的VRAM在PPU内存里定位于$2000-$3FFF，它用来存储命名表（例如屏幕缓冲）。
虽然PPU支持4个命名表，但只能支持两个的存放空间。
另外的两个是开始两个的镜像。
NES共有154条指令。
在本文本里，你将遇到如下形式的符号：
“Dn"（5位，3位，等等）。
位是按从最低位（0位）到最高位（7位）。
所有的十六进制都在前面加上一个美圆符号（$）（$2002,$4026,等等）是在6502处理器汇编里常用的符号,二进制前面加上一个百分号%。
2、缩写表
NES
任天堂娱乐系统
Famicom
任天堂家用计算机，即FC
FDS
任天堂磁碟机系统
CPU
中央处理器，NES使用一个定制的6502（NMOS）芯片，有些型号为6527
PPU
图像处理器，用来处理背景，精灵和其他图像特性，通常为6538
APU
声音处理器，集合在CPU内部，包含4个模拟通道和1个数字通道
MMC
ROM和VROM的扩容控制，用来控制访问超过6502限制的64K地址，同样，也可以扩容VROM
VRAM
图像RAM，PPU专用，2K字节
VROM
图像ROM，储存图像数据的地方，可以由MMC切换到VRAM里
ROM
程序ROM，实际程序储存的地方，扩容部分可以通过MMC切换到PRG－RAM里
RAM
程序RAM，和ROM同义，不同的是它是RAM
SPR－RAM
精灵RAM，RAM中的256字节，专用于储存精灵，它不属于VRAM或ROM
SRAM
电池RAM，卡带上用来保存游戏记录的EPROM－电擦写ROM
DMC
三角波调制通道，APU用来处理数字声音的，也写作PCM通道
EX－RAM
扩展VRAM，用在MMC5里，可以扩展VRAM容量
3、中央处理器
NES定制的6502内部特别加上了声音处理单元。
NTSC制式的NES使用主频，PAL制式使用主频。
CPU内存映像：
开始地址
用途
结束地址
$0000
2K字节RAM，做4次镜象（即$0000-$07FF可用）
$1FFF
$2000
寄存器
$2007
$2008
寄存器（$2000-$2008的镜像，每8个字节镜像一次）
$3FFF
$4000
寄存器
$401F
$4020
扩展ROM
$5FFF
$6000
卡带的SRAM（需要有电池支持）
$7FFF
$8000
卡带的下层ROM
$BFFF
$C000
卡带的上层ROM
$FFFF
中断：
6502有3个中断IRQ/BRK、NMI和RESET，每个中断都有一个16位的向量，即指针，用来存放该中断发生时中断服务函数的地址。
中断发生时CPU都会把状态标志和返回地址压栈，然后调用中断服务程序。
IRQ/BRK中断由一下两种情况产生：
一是软件通过BRK指令产生，一是硬件通过IRQ引脚产生。
RESET在开机的时候触发，这是ROM被装入，6502跳到RESET向量指向的地址没有寄存器被修改，没有内存被清空，这些都只在开机是发生。
NMI指不可屏蔽中断，它在VBlank即屏幕刷新时发生，持续时间根据系统（NTSC/PAL）不同而不同。
NTSC是每秒60次，而PAL是每秒50次。
6502的中断延时是7个时钟周期，也就是说，进入和离开中断都需要7个时钟周期。
它产生于PPU的每一帧结束，NMI中断可以由$2000的第7位的1/0控制允许/禁止。
大部分中断应该使用RTI指令返回，但是有些游戏不用，例如《最终幻想1》。
它用一个很奇怪的方式：
手工修改堆栈指针，然后执行RTS指令。
这种方法在技术上是可行的，但是应该尽量避免。
以上中断在ROM内有以下对应的地址：
中断地址
中断
优先权
$FFFA
NMI
中
$FFFC
RESET
高
$FFFE
IRQ/BRK
低
特别说明：
NES的6502不支持10进制。
虽然CLD和SED指令都正常工作，但是ADC和SBC都不使用CPU状态标志的“D”位。
由于复位后“D”位的状态是不确定的，所以游戏通常在程序开始时使用一个CLD指令。
声音寄存器映射到CPU内部，所有波形发生的工作都在CPU内部完成。
注意那两个分开的16KROM段，它们可能是连续的，但是它们根据卡带的大小扮演不同的角色。
有的卡带只有一个16KROM，那么它就同时被装入$8000和$COOO。
所有游戏都将它们自己装入$8000，使用32KRAM，但是它们都能够通过内存映射把多于一个16KROM装入$8000。
VROM也是同样的道理。
当BRK中断发生的时候，CPU把状态标志压入堆栈，同时设置“B”标志。
而IRQ中断发生时，CPU把状态标志压入堆栈，同时清除“B”标志。
这是因为6502使用同一个向量来处理两种中断，用“B”标志来区分它们。
你可以用以下程序来区别两种中断：
C134:
PLA;拷贝CPU状态标志到AC135:
PHA;把状态标志还回给堆栈C136:
AND#$10;检查“B”标志C138:
BNEis_BRK_opcode;如果设置了，就是软件中断（BRK）在NMI里指向BRK会导致已经被压栈的“B”标志被设置。
6502的$6C指令（间接绝对跳转）有一个BUG，当低位字节是$FF时CPU将不能正确计算有效地址。
例如：
C100:
4FC1FF:
00C200:
23..D000:
6CFFC1-JMP（$C1FF）本来它是应该跳到$2300的，但是在计算高位字节的时候，在页面边界处地址是不能再增加的，所以实际将跳转到$4F00。
需要注意的是，页面越界不会在变址间接寻址模式发生。
由于0页面的限制，由于0页面的限制，所有变址间接寻址的读写都应该在计算有效地址之后和#$FF进行逻辑与操作。
例如：
C000:
LDX#3;从$0002+$0003读变址地址，C002:
LDA（$FF,X）;不是$0102+$0103._________________________________________________________________________________
4、图形处理器
PPU时序：
NTSC制式
PAL制式
基频（Baseclock）
.0Hz
.0Hz
CPU主频（Cpuclock）
总扫描线数（Totalscanlines）
262
312
扫描线总周期（Scanlinetotalcycles）
1364
1362
水平扫描周期（H-Drawcycles）
1024
1024
水平空白周期（H-Blankcycles）
340
338
结束周期（Endcycles）
4
2
帧周期（Framecycles）
1364*262
1362*312
帧IRQ周期（FrameIRQcycles）
29830
35469
帧率（Framerate）
60
50Hz
帧时间（Frameperiod）
（ms）
（ms）
镜像是指通过硬件映射特殊的内存地址或范围的一个过程。
PPU内存映像：
开始地址
用途
结束地址
$0000
图案表0（256x2x8，可能是VROM）
$0FFF
$1000
图案表1（256x2x8，可能是VROM）
$1FFF
$2000
命名表0（32x30块）（镜像，见命名表镜像）
$23BF
$23C0
属性表0（镜像，见命名表镜像）
$23FF
$2400
命名表1（32x30块）（镜像，见命名表镜像）
$27BF
$27C0
属性表1（镜像，见命名表镜像）
$27FF
$2800
命名表2（32x30块）（镜像，见命名表镜像）
$2BBF
$2BC0
属性表2（镜像，见命名表镜像）
$2BFF
$2C00
命名表3（32x30块）（镜像，见命名表镜像）
$2FBF
$2FC0
属性表3（镜像，见命名表镜像）
$2FFF
$3000
$2000-$2EFF的镜像
$3EFF
$3F00
背景调色板#1
$3F0F
$3F10
精灵调色板#1
$3F1F
$3F20
镜像，（见调色板镜像）
$3FFF
$4000
$0000-$3FFF的镜像
$7FFF
命名表：
NES的图像通过Tile矩阵来显示，这个网格就叫命名表。
一个命名表和字符模式下的屏幕缓冲比较相象，它包含字符的代码，也就是30列的32Byte长度。
每个Tile有8x8个象素，每个命名表有32x30个Tile，也就是256x240象素。
PPU支持4个命名表，他们在$2000,$2400,$2800,$2C00。
在NTSC制式下，上面和下面的8象素通常不显示出来，只有256x224象素；在PAL制式下，屏幕有256x240象素。
需要说的是，虽然PPU支持4个命名表，任天堂主机只支持2个命名表。
另外两个被做了镜像。
命名表保存了Tile的编号，而Tile存在图案表里。
计算命名表里Tile号对应的实际地址的公式是：
（Tile号×16）＋由$2000端口指定的图案表地址
命名表镜像：
NES只有2048字节（$800）的VRAM给命名表使用，但是如前表所示，NES有能力寻址到4个命名表。
缺省情况下，NES卡带都带有水平和垂直镜像，允许你改变命名表指向PPU的VRAM位置。
这种方式同时影响两个命名表，你不能单独改变其中的一个。
每个卡带都控制着PPU地址线的A10和A11。
它可能将他们设置成以下4种可能的方式的1种。
下面这个图表有助于理解NES里的各种镜像，指向PPUVRAM中命名表的12位地址相当于“$2xxxx”：
名字
命名表#0
命名表#1
命名表#2
命名表#3
说明
地址线A11
地址线A10
水平
$000
$000
$400
$400
1
0
垂直
$000
$800
$000
$800
0
1
4屏幕镜像
$000
$400
$800
$C00
卡带里有2KVRAM，4个命名表物理上独立的
1
1
单屏幕
$X00
$X00
$X00
$X00
所有的命名表指相同的VRAM区域,X=0、4、8、C
0
0
VROM镜像
Mapper68#游戏映射VROM到PPUVRAM的命名表，这使得命名表是基于VROM的，你不能写它但却可以通过mapper自己来控制是否使用这种特性
图案表：
图案表储存了实际8x8象素的Tile，同时也储存了用来指向NES调色板全部16种颜色的4位元矩阵的低两位。
PPU支持两个图案表在$0000和$1000。
他们有以下格式：
VRAM地址
图案表内容
颜色效果
$0000............$0007
%00010000=$10
%00000000=$00
%01000100=$44
%00000000=$00
%=$FE
%00000000=$00
%=$82%00000000=$00
组0
...1....
......3...3..2.....2.1111111.2.....2.3.....3.
$0008............$000F
%00000000=$00
%00101000=$28
%01000100=$44
%=$82
%00000000=$00
%=$82
%=$82%00000000=$00
组1
点表示0号颜色，数字表示实际调色板颜色代号
注意在图案表里存储的是每个点的2个位。
其他两个由属性表得到。
所以，在屏幕上总体出现的颜色数是16，而每个块里只有4种颜色。
属性表：
每个命名表有它自己的属性表。
属性表的每一个字节代表了屏幕上的一组4x4的Tile，一共有8x8个字节。
有几种方法来描述属性表里一个字节的功能：
*保存32x32象素方格的高2位颜色，每16x16象素用2位；*保存16个8x8Tile的高2位颜色；*保存4个4x4Tile格子的高2位颜色。
看以下两个图表帮助理解：
1、一个16x16象素的格子：
#0-F代表了一个8x8Tile,方块[x]代表了4个8x8Tile,
方块0
#0
#1
#2
#3
方块1
#4
#5
#6
#7
方块2
#8
#9
#A
#B
方块3
#C
#D
#E
#F
2、属性表一个字节的实际格式定义如下（对应于上面的例子）：
位
描述
0、1
方块0的高两位颜色（Tile#0,1,2,3）
2、3
方块1的高两位颜色（Tile#4,5,6,7）
4、5
方块2的高两位颜色（Tile#8,9,A,B）
6、7
方块3的高两位颜色（Tile#C,D,E,F）
调色板：
NES有两个调色板，背景调色板和精灵调色板。
调色板不包含实际的RGB值，它们更象一个索引表。
写到$3F00-$3FFF的D6－D7字节被忽略。
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
3A
3B
3C
3D
3F
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
2A
2B
2C
2D
2E
2F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1A
1B
1C
1D
1E
1F
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0A
0B
0C
0D
0E
0F
调色板镜像：
镜像发生在背景调色板和精灵调色板之间，例如所有写到$3F00的数据会被镜像到$3F10，$3F04镜像到$3F14。
背景和精灵的最高3个调色板的0号色盘定义为透明，存在那里的颜色不会被画出来。
PPU使用放在$3F00里的颜色作为背景色，详细如下：
*$0D被写到$3F00（镜像到$3F10）； *$03被写到$3F08（镜像到$3F18）； *$1A被写到$3F18； *$3F08被读到累加器。
PPU使用$0D作为背景颜色，尽管$3F08有一个颜色$03（因为0号颜色在所有的调色板里都定义为透明）。
最后，累加器上有一个值$1A，这是从$3F18映像过来的。
又一次，这个$1A值没有被画出，因为所有的调色板的0号颜色被定义为透明。
整个背景和精灵调色板同时也映像到VRAM的其他区域，$3F20-$3FFF全部都是这两个调色板分别的映像。
写到$3F00-$3FFF的D6－D7字节被忽略。
背景滚动：
NES可以通过预提取命名表，图案表和属性表来使背景滚动，背景是独立于精灵而位于最下层的。
可以水平和垂直滚动。
水平滚动
垂直滚动
0 512
A
B
A
0
480
B
命名表A通过$2000的D1-D0指定，B是跟在后面的一个命名表，根据镜像不同B是动态的。
这个不能工作在水平和垂直同时滚动的游戏里。
背景会跨越多个命名表，如下所示：
命名表#2（$2800）
命名表#3（$2C00）
命名表#0（$2000）
命名表#1（$2400）
在$2005里写到水平滚动的值可以从0－256，写到垂直滚动的值从0－239，239是考虑了负值的结果，例如248代表－8。
屏幕和精灵分层：
下面是NES画图的循序：
前台
后台
CI
OBJs0-63
BG
OBJs0-63
EXT
精灵RAM BGPRI==0
精灵RAMBGPRI==1
CI代表颜色亮度，相当于$2001的D7-D5；BG是背景；EXT是扩展口的图像信号。
BGPRI代表VRAM里背景‘优先权’位，每个精灵都有的，即第二字节的D5位。
OBJ数代表了实际精灵的号码，不是Tile索引值。
前台高于任何其他层，最后被画上，后台低于任何其他层，最先被画上。
精灵和精灵RAM：
NES用一个页面（256字节）来存放动画，每个精灵4个字节，一共可以有64个动画/精灵，它们可以是8x8或8x16象素。
动画/精灵图案被存储在VRAM的图案表其中一个里面。
精灵属性，例如翻转和优先权被储存在一个特殊的256字节的精灵RAM，它不是CPU或PPU的地址的一部分。
整个精灵RAM可以通过$4014的DMA方式来写，写一个8位的数到$4014就将这个8位数所指定的内存页面整个拷贝到精灵RAM上。
也可以通过把开始地址放在$2003然后读/写于$2004（每次存取地址自动加一），它是一个一个字节存取的。
动画/精灵的属性格式是：
动画/精灵属性RAM:
|精灵#0|精灵#1|...|精灵#62|精灵#63|
字节
位
描述
0
YYYYYYYY
精灵左上角的Y坐标－1
1
IIIIIIII
Tile索引号
2
vhp000cc
v＝垂直翻转（1＝翻转）
h＝水平翻转（1＝翻转）
p＝背景优先权（0＝前台1＝后台）
c＝颜色的高2位
3
XXXXXXXX
精灵左上角的X坐标
Tile索引号就和命名表里的一样。
精灵图案可以象Tile图案对于背景图片一样抓取。
唯一的不同是在8x16的精灵时，上半部分（偶数号码）的Tile索引由精灵图案表的$0000开始，而下半部分（奇数号码）由$1000开始。
$2000寄存器对8x16精灵无效。
全部64个精灵有自己内部的优先权，0号最高（最后被画），63号最低（最先被画）。
每条扫描线只能显示8个精灵，每个精灵RAM条目都会被检查是否处于其他精灵的水平范围内。
注意，这是基于扫描线的，不是基于精灵的，也就是说，会进行256次检查，而不是256/8或256/16次。
在一个真实的NES芯片里，如果精灵被禁止（$2001的D4是0）很长一段时间，精灵数据会渐渐消失。
可以理解为精灵RAM是一个DRAM，D4控制了DRAM的周期刷新信号。
碰撞标志：
碰撞标志是PPU状态寄存器（$2002）的第6位（D6）。
PPU能够找出0号精灵的位置，然后设置D6，它是这样工作的：
PPU扫描出背景图案象素和精灵象素同时不是透明的第一个地方。
比如，屏幕的背景是一个非透明颜色（颜色号>0），0号精灵的坐标是（12，34），它只是在第4行的开始才有象素，那么，碰撞标志在屏幕刷新到（12，37）时才被设置。
要记住，0号颜色被定义为透明。
引起D6被设置的象素必须是已经被画出来的。
下面的例子能帮助理解，这是两个Tile，下划线表示透明的0号颜色，*号表示碰撞标志被设置。
精灵
+
背景
=
结果
‘*’会用2号颜色画出
__1111__
_111111_
112__211
112__211
_111111___1111__
_______________2______21_____211____2111___21111__211111_2111111
__1111__
_1111112
112__*11
112_2211
_1111111_2111111
这个例子说的是背景＋精灵，但是对于靠近背景的精灵也通用，即精灵＋精灵，通过设置背景优先权来实现。
D6不可以通过读PPU的状态来复位，只在每次VBlank之后被清零。
Hit标志可以用在水平或者垂直屏幕分割的时候，还有许多好玩的效果。
水平和垂直消隐：
所有的游戏机都有一个刷新动作，用来重新定位电子枪显示可见的数据。
最通用的显示设备是电视机，它分为每秒刷新60次的NTSC制式和50次的PAL制式。
电子枪从左到右画出象素，它每次只能画一条扫描线，画下一条之前要先回到左面并且做好准备，这之间有一段时间叫做水平消隐（HBlank）。
在画完全部256条扫描线之后它又回到屏幕左上角准备下一次画屏幕（帧），这之间的一段时间就是垂直消隐（VBlank）。
电子枪就是一个不断的走‘之’字形的过程。
VBlank标志就是$2002的D7，它表明PPU是否在VBlank期间，当VBlank标志存在时，你就可以通过$2006和$2007访问PPU内存。
一个程序可以通过读$2002来使D7复位。
在屏幕刷新期间，我们不能访问PPU，而PPU会在CPU背后修改VRAM指针，这样我们很容易在写入VRAM时出错，为了让PPU停下来，可以对$2000和$2001写00。
访问PPURAM:
在一个任天堂主机，访问PPU内存只可以在VBlank期间。
当在屏幕刷新时访问会破坏刷新地址寄存器，一般它经常用来做隐含的“分割屏幕”效果（见“在屏幕刷新的时候访问VRAM”）。
很多小些的ROM用只读存储体（VROM）用做图案表。
在这种情况下，你不可以写PPU地址，只可以读。
写PPU记忆体:
a）写高位地址字节到$2006
b）写低位地址字节到$2006
c）写数据到$2007。
每一个写操作后，地址会增加1（$2000的第
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