ＧＢＡ概要

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ＧＢＡ概要

０、この文章の目的

ゲームボーイアドバンス(ＧＢＡ)で動くものを作るとき、
ハードウェアは何ができそのためにどういったことをするのか？
ということをできるだけ数値を避け文章で書いてみました。

実際には膨大な数値データが必要です。
「GBATEK」というキーワードで検索してみてください。

１、はじめに

「Ｌｉｎｕｘから目覚めるぼくらのゲームボーイ」
という本が売っています。
ここにケーブルおよび開発環境が整っています。

開発環境は付録のＣＤ１枚に収められています。
ＣＤからブートするとＫＮＯＰＰＩＸというＬｉｎｕｘが立ち上がります。
ＣＤからのブートは最初からＰＣの仕様にあったり、ＢＩＯＳの設定でできます。
実行用のバイナリ作成のために binutils と gcc が必要になりますが、
ＣＤにはすでにインストールされている状態になっています。
本にはインストールのやり方も書いてあるので自力でやってもいいと思いますが、
ものすごく時間がかかります。
/home/knoppix ディレクトリ以降の領域はＲＡＭに存在します。
ここにはすでにサンプルが入ったディレクトリが用意されています。
自分でファイルの作成やコンパイルをする場合もここでやると良さそう。
電源を切ると作成したファイルは消えるので退避する必要があります。

コンパイルは gcc でＡＲＭ用のコンパイル。
Ｃ言語のみでの記述が可能なので、アセンブラの知識は必須ではありません。
リンカスクリプトとインクルードヘッダを指定しての ld でのリンク。
カートリッヂでは 0x08000000、ブートゲーブルでは 0x02000000 からの開始。
また、セクション先頭から main へとぶ処理を用意します。
最後に無駄なヘッダ情報を objcopy で切り取る。
以上の手順はサンプルファイルにもあるのでなんとなくわかります。

転送用のツールがＣＤの中に optusb というのがソースであります。
コンパイルが非常に早いのでそのつどコンパイルしても良さそうです。

転送はカセット無しでＧＢＡの電源を入れると真っ白の画面になり、
ここで optusb で転送するバイナリを送るとすぐ実行が開始されます。
ケーブルを抜いても実行を続けることができますが、
電源を切ると転送したデータは消えます。

追記：
Ｗｉｎｄｏｗｓ上で動作する devkitadv という開発セットがあります。
こちらは int __gba_multiboot = 0; とコード内に書くだけで、
リンクの指定をせずにマルチブートできる便利なものです。
devkitadv とは別に btcons_usb という転送ツールもあります。
こちらもＷｉｎｄｏｗｓ版があり、どこかで探せます。
併せて VisualBoyAdvance というエミュレータも存在しますので、
実はＷｉｎｄｏｗｓだけでだいたいのことはできてしまいます。

２、ＧＢＡのスペック

ＣＰＵはＡＲＭ７で１６．７８ＭＨｚです。
サブプロセッサにＺ８０が乗っているそうです。
メモリはＢＩＯＳ領域、内部ＲＡＭ、外部ＲＡＭ、ＶＲＡＭ、その他を使用。
画面は２４０×１６０ドットで最大３２７６８色を同時に表示可能。
サウンドはアナログ４チャンネル、デジタル２チャンネル。
キーは１０個、通信ポートも備えています。
ゲームパックには３２ＭＢのＲＯＭと６４ＫＢのＳＲＡＭが乗るらしいです。

ゲームパックを用いずにＵＳＢ転送のみで実行しようとする場合、
転送バイナリを外部ＲＡＭの２５６ＫＢ以内にデータをおさえる必要があります。
ゲームパックが無いことによる制限はこの点のみです。

３、画面描画

表示可能な色数は赤青緑の要素が各５ビットで３２７６８色。
ただしこれらの色は背景用に最大２５６色しか同時に表示できない。
スプライト用にも同じように２５６色までしか表示できない。
（透明色が１色あるために正確には２５５色である。）
この色データを集めたものを「パレット」と呼ぶ。

次に８×８ドットのキャラクターデータを用意する。
このデータのことを「タイル」と呼ぶ。
タイルデータそのものはパレット番号を並べたものになる。
背景用には最大１０２４種類を同時に用意でき、
スプライト用には最大５１２種類を同時に用意できる。

背景に関しては８ドット単位でしかタイルを並べることができません。
背景にはタイルをどのように並べるかという情報が要ります。
この情報を「マップ」と呼びます。
背景は最大４枚まで定義でき上から透過させることで同時表示が可能です。
ただし背景のマップデータは背景のタイルデータのメモリ領域と重複します。
よってマップデータをたくさん定義すると定義できるタイルの種類が減るのです。

スプライトに関しては背景用とは別に最大５１２種類のタイルを同時使用可能です。
またスプライトですがＧＢＡでは「オブジェクト」と呼んでいるようです。
オブジェクトは画面に同時に最大１２８個まで１ドット単位で表示できます。
オブジェクトの状態を定義するＯＡＭという領域があり。
オブジェクト用の領域は他に影響されて減るようなことはありません。

以上は画面モード０の２５６色モードについての説明でした。

１６色モードでは１６色で１６のパレットを定義できます。
１６色モードはタイルデータが小さくて済み倍の定義が可能です。
またモード１や２では画面数が減るが伸縮回転などのエフェクトが使用でき、
モード３ではパレットで制限されず３２７６８色使用できるモード、
モード４では２５６色パレットでダブルバッファが使用できるモード、
モード５では低解像度で３２７６８色のダブルバッファが可能なモード、
などモードを指定することでいろいろな表現が可能となります。

４、エフェクト

エフェクトには、
拡大、縮小、回転、モザイク、半透過、画面を白く、画面を黒く、ウィンドウ
以上が存在します。
拡大、縮小、回転に関しては、
背景で使用すると使用できる背景の枚数が減ります。
スプライトに関してはそのような制限はありません。
モザイクは全体に適応されます。部分的に適応できません。
半透過はアルファブレンドの適応となります。
制限として透過は２枚間までのブレンドです。
画面を白く、黒くは徐々に画面が白くなったり、暗くなる表現です。
半透過と白く、黒くはいずれか１つしか同時に使用できません。
ウィンドウは２枚までの四角領域のマスクを指定し、
各背景やスプライトが適応となるかどうかを選べます。
その他、ウィンドウの外部適応や、
スプライトの不透明領域でのマスクも可能です。

５、キー

キーは押されている状態を取得できます。
押された場合に割り込み処理をかけることもできます。
離した場合の割り込みはできません。

６、タイマー

タイマーは同時に４つ使えます。
指定した初期値からオーバーフローまでカウントします。
オーバーフローした場合は初期値にカウントが戻ります。
ひとつ前のタイマーがオーバーフローしたら１カウントする、
というようなカスケードモードと呼ばれるモードも使用可能です。
（タイマー０にはカスケードモードはありません。）
オーバーフロー時の割り込みがそれぞれのタイマーで可能です。

７、ＤＭＡ

転送元アドレスと転送先アドレスとサイズを指定すると、
ＣＰＵを介さず高速にデータを転送してくれます。
転送終了時に割り込み処理をかけることができます。
ＤＭＡ処理は同時に４つ処理できますが、
ＤＭＡ０は最優先の高速転送。
ＤＭＡ１、２はサウンドなどに使用される。
ＤＭＡ３はカートリッヂなどから大量のデータを転送するのに用いる。

８、サウンド

アナログの４チャンネルがあります。
チャンネル０はスウィープ＋トーンモード。
チャンネル１はトーンモード。
チャンネル２は波形再生モード。
チャンネル３はノイズモード。
タイマーと絡めて値を変化させて音を鳴らす方式です。
デジタルの２チャンネルはＷＡＶＥファイルを鳴らす方式。
ＦＩＦＯバッファに値を定期的に入れて再生します。
ここで必ずＤＭＡとタイマーを利用してデータを送信すること。
ハードウェアが使い方を見据えて設計されているようです。

９、割り込み

割り込み可能なのはゲームパック、キー、ＤＭＡ、通信、タイマー、Ｖ、Ｈブランク。
割り込みを発生させるには、

各割り込み要因で割り込みを有効にする。
割り込み指定領域での割り込みを有効にする操作にフラグをたてる。
割り込み自体を有効にするスイッチをオンにする。

以上の３つの手順をふむ必要がある。
また割り込みを止めなければならない場合は２通りあり、
割り込みの条件を変える場合には割り込み自体を止める必要があり、
また割り込み中も他の割り込みが発生しないように割り込みを止める必要がある。
最後に、どの割り込みが起きても１つの関数に送ることしかできないため、
割り込みが起こってからどの割り込みがあったか調べなければならない。
また起こった割り込みのフラグには１を代入してリセットする必要がある。

１０、アニメ

ＶブランクやＨブランク時にスプライトや背景の位置を変えてアニメが可能です。
Ｖブランクでの割り込みで切り替えるのが普通でしょう。
垂直方向で任意のラインで割り込みをかけるＶカウントという仕組みもある。


１１、通信

通信は２５６ＫＢｉｔｓ／ｓの速度で一度に３２ビットの送信が可能。
通信では互いの３２ビットの領域を一度で入れ替えます。
通信にはゲーム機のマスターとスレーブをまず決める必要があります。
同期は互いの SI と SO のビットがリンクしているのを利用できます。
スレーブはスタートビットをたて待機、マスターがスタートビットをたてて通信開始。
通信の完了を知るための方法は２つあります。
スタートビットが０にリセットされるのを調べるか通信割り込みを使う方法です。