Posts Tagged with "Space Invaders"

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GameFSMの改良 (25)

posted by sakurai on August 6, 2026 #1100

次に原作にもある「化石」という症状をインプリしてもらいました。

化石の動画

仕様: 化石の再現 隊列がシールド帯まで降下した状態で、左端での下降パス中に自弾が右端シールドに命中すると、これを個体命中と誤認する。シールド内の弾の位置に敵爆発音と敵爆発マークを発生させ、マーク消去時にシールドへ 16×8 の穴を開ける一方、実際に死ぬのは弾の真上とは別の列の最前列個体である。その個体の画像は消去されないまま画面に残り、以後は敵として撃てず、隊列だけが先へ進む。

発症条件の幾何定数 — 隊列の降下判定しきい値と、右端シールドの x 範囲。

`ifdef FOSSIL_BUG
`define FOSSIL_BUG_Y 176   // 原作バグ発症条件: 隊列がシールド上端(192)の1ピッチ以内                            
`define FOSSIL_BUG_X 182   // これ以右のシールド命中で発症(=右端シールド全体、x=182〜204)                       
`endif

爆発マークの描画・消去位置を保持する — 犠牲個体の座標から切り離すことで「マークと犠牲が別の場所」という原作バグの本質を表現可能にする。

`ifdef FOSSIL_BUG
   Reg#(UInt#(8)) expl_x <- mkRegU,   // インベーダ爆発マークの描画・消去位置                                   
                  expl_y <- mkRegU;   // (バグ再現時は個体位置とマーク位置が食い違う)                           
`endif

常キル時にマーク位置=個体位置を expl_x/expl_y へラッチする(挙動は従来と同一の中立改造)。

`ifdef FOSSIL_BUG
               eraseArea(
               expl_x,
               expl_y,
               16, 8);
`else
               eraseArea(
               inv_x[gx][gy],
               inv_y[gx][gy],
               16, 8);
`endif

マーク消去を個体座標ではなく expl_x/expl_y に対して行う(バグ時はシールド内を消して穴を開ける)。

`ifdef FOSSIL_BUG
      return (seq
         action
            alien_timer <= 1;
            expl_x <= inv_x[gx][gy];   // マーク位置=個体位置(通常キル)                                         
            expl_y <= inv_y[gx][gy];
         endaction
         copyArea(96, colorAtY(inv_y[gx][gy])*16+16,
                  inv_x[gx][gy], inv_y[gx][gy],
                  16, 8);
      endseq);
`else
      return (seq
         alien_timer <= 1;
         copyArea(96, colorAtY(inv_y[gx][gy])*16+16,
                  inv_x[gx][gy], inv_y[gx][gy],
                  16, 8);
      endseq);
`endif

発症4条件成立時のシールド命中を誤認キル化する本体 — マークと音は弾の位置、死ぬのは左端側の生存列の最前列、絵は残って化石になる。

`ifdef FOSSIL_BUG
               endseq else if (fbase && ymax >= `FOSSIL_BUG_Y
                               && inv_move == MoveLeftDown
                               && bullet_x >= `FOSSIL_BUG_X) seq
                  // ---- 原作バグの再現(希少条件版) ----                                                       
                  // 右→左で来て左端で下降中(=MoveLeftDown、隊列スキュー中)、                                  
                  // かつ隊列がシールド帯まで降りた状態で右端シールドを撃つと、                                 
                  // 原作の座標→個体逆算の破綻(左下原点からの列計算オーバー                                    
                  // フローが隣行へ回り込む)を模して、左端の生存個体が誤って                                    
                  // 殺される。マークと消去は弾の位置、犠牲の絵は左端に無傷で                                   
                  // 残り、隊列に取り残される(化石)。                                                           
                  fhit_alien <= False;
                  for (gx <= 0; gx < `InvCols; gx <= gx + 1) seq
                     if (inv_s[gx][inv_lead_y[gx]]) seq   // 左端の生存列を探す                                 
                        fhit_alien <= True;
                        break;
                     endseq
                  endseq
                  if (fhit_alien) seq
                     gy <= inv_lead_y[gx];
                     erasePlayerBullet(bullet_x, bullet_y);
                     inv_s[gx][gy] <= False;
                     inv_no <= inv_no - 1;
                     updateColumnFrontY();
                     playSound(SND_ALIEN_EXPLODE);
                     action                        // マークは弾の位置に描く                                    
                        alien_timer <= 1;
                        expl_x <= bullet_x - 8;
                        expl_y <= bullet_y;
                     endaction
                     copyArea(96, colorAtY(bullet_y)*16+16,
                              bullet_x - 8, bullet_y, 16, 8);
                     action
                        score <= score + inv_score[gy];
                        bscore <= bscore + inv_score[gy];
                     endaction
                  endseq else seq
                     erasePlayerBullet(bullet_x, bullet_y);   // 生存列なし: 通常のシールド命中                 
                     explodePlayerBullet(35, bullet_x, bullet_y);
                     bullet_timer <= 1;
                  endseq
`endif

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GameFSMの改良 (24)

posted by sakurai on August 3, 2026 #1099

最近は推論能力が高いため、もっぱらClaude Fable 5を使用しています。さてCaludeに以下の仕様を実装してもらいました。

「自弾がインベーダに命中すると、爆発マークの表示期間(ALIEN_EXPL_TMAX tick)のあいだ隊列全体の移動を停止する。停止中も自機・自弾・敵弾・UFO・サウンドの処理は継続し、爆発マークの消去とともに、停止した個体から隊列の移動を再開する。」

これはオリジナル動作を観察して発見した仕様です。理由は不明ながら、爆発マーク表示中も隊列を動かすと、インベーダの動きにより爆発マークが欠ける場合があり、その干渉を防止するためと考えられます。

            for (noy <= 0; noy < `InvRows; noy <= noy + 1) seq
               // 爆発凍結中はカーソルを進めない(増分が no-op になる)
               for (nox <= 0; nox < `InvCols;
                    nox <= (alien_timer == 0) ? nox + 1 : nox) seq
                  if (inv_s[nox][noy] || alien_timer != 0) seq
                     if (alien_timer == 0)
                        updateAliens();
                     else
                        eraseAlienExplosion();
                     updatePlayer();
                     ...(以下、元のまま)...
                  endseq  // if inv
               endseq // for nox
            endseq // for noy

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bitmap editorの開発

posted by sakurai on July 28, 2026 #1098

Claude Fable 5に仕様を渡して表記エディタを開発して貰いました。AI以前はこのような小さなヘルパーツールでも、一週間程度はかけて作成及びデバッグしたものでしたが、改良も含めて10分程でできてしまうことに感激です。もちろんコードは一行も書いてません。

ここで仕様の一部を示すと、ベースのcsvを読ませ、エディタによりaパターンとbパターンの作成を行うと、自動的にプレビューでパターン間の動作を確認できます。OKなら最下段のOKボタンを押すと、ベースのデータとスプライトのデータが合成され、ROMデータのcsvとなります。スプライトcsvは別にロードセーブ可能です。



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posted by sakurai on January 11, 2024 #731

CmodA7toPMODボード

基本的には過去記事に対してボードをCmodA7ボードに変更したものです。 DigilentからCmodA7ボードを購入しました。このボードは(弊社開発の)PMOD変換ボードは必要となりますが、総額では安くSpace Invadersを動かすことができます。

図%%.1
図731.1 Cmod A7ボード

周辺インタフェースボード等

Space Invadersを動作させるには、CmodA7ボードの他に必要なものは以下のとおりです。

CmodA7-35ボードへの移植

Arty-35とFPGAアーキテクチャが同じであり、何も変更せずにそのままで動作しました。


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PL UARTの接続とPCでの表示

posted by sakurai on May 17, 2023 #605

PL部UARTのPCへの出力

以前Space Invadersのゲーム実行中のVRAM画面の吸出しを実施しました。過去記事ではこれ等が相当します。これは、メモリダンプモジュールをBSVにより設計し、UARTの送信機能を用いてUART/USB変換ボードを経由してPCとUSBで接続し、PC上のPuttyでメモリダンプ情報を取得するというものです。

ところが、再度実行しようとしたところ、どうしてもUARTの出力の取得ができませんでした。前回は比較的簡単にできてしまったので、記事にはpin設定であるxdcの詳細は書いていませんでした。単にUART_TXに接続するとのみと書いており、端子番号は今は定かではありません。

こうなると基本から調べなければならないので、まずUltra96V2の回路図を見ると、なんとPS部からの接続となっているようです。

図%%.1
図605.1 Ultra96 UART部分回路図

UART/USB変換ボードのJ1の2 pinにUART_TXが接続されていますが、これはPS_MIO0のUART1_TXであり、PLからはPIN配置でエラーになるため、PS部であるBank 500のU4端子に接続することはできません。図605.2にUltra96-V2ハードウェアユーザーズガイドの抜粋を示しますが、やはりBank 500(PS部)のU4端子となっています。

図%%.2
図605.2 Ultra96 UART部分端子表

従って、最後の手段としてボード上に配線をハンダ付けし無理やりJ1に出力することを考えます。

まず図605.3はPL部UART_TXの引き出しを示す回路図です。

図%%.3
図605.3 UART_TX部回路図

このUART_TXを次のxdcによりG6端子に割り当てます。これはPL部の出力(Bank 26)です。

set_property PACKAGE_PIN G6 [get_ports {UART_TX}]

最後にUART_TXを割り着けた端子G6とJ1の2 pinの間に配線をハンダ付けし、ショートしてやります。レベル的に本来はTrのD側ではなくS側に接続すべきですが、3.3Vにpull upされているため、これでもVOHは満足しているようです。

このようにすることで921,600bpsにより、VRAM内容の送信がうまく動作しました。が、以前設定だけでできた理由は不明のままです。

PCへの出力結果の確認

以下に、得られたlogファイルを画像に変換するフィルタを再掲します。

log2ppm.c

#include <stdio.h>
void main() {
      char line[4096];
      char ch;
      printf("P3\n256 256\n255\n");
      for(int y = 0; y <= 255; y++) {
            fgets(line, sizeof(line), stdin);
            for(int x = 0; x <= 255; x++) {
                  ch = line[x] - 0x30;
                  if ((ch & 0x4) != 0) printf("255 ");    // R
                  else printf("0 ");
                  if ((ch & 0x2) != 0) printf("255 ");    // G
                  else printf("0 ");
                  if ((ch & 0x1) != 0) printf("255 ");    // B
                  else printf("0 ");
            }
            printf("\n");
      }
}

以下のコマンドによりフィルタを作成します。

$ gcc -O log2ppm.c -o log2ppm

これを下記のようにフィルターとして実行し、ログデータを画像ファイルに変換します。

$ ./log2ppm <putty.log >putty.ppm

生成されたppm図形を図605.4に示します。

図%%.3
図605.4 メモリダンプ図形

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posted by sakurai on December 2, 2022 #561

画面の縦横の入れ替えの変更

過去記事において、本来VRAMの読み出しアドレスのxとyを入れ替えるつもりが、たまたまwrite側のアドレスマルチプレクサが目につき、それを流用しました。が、動作的な欠点が目立ちました。具体的には、画面書き換えの途中で切り替えると、縦図形と横図形が混在したり、初期画面を動的に準備する負担が大きくなっていました。

これを本来のread側アドレスマルチプレクサに変更します。ただし、write側マルチプレクサに追加してread側マルチプレクサの増設が必要になります。

write側アドレスマルチプレクサは名前をWriteMuxに変更しましたが、元の単なるセレクタに戻しました。新たにReadMuxモジュールを設置し、読み出し側アドレスのxとyを入れ替えます。実際にはyはx(a[7:0])をそのまま用い、xはy(a[15:8])を256から引いたものを用います。

$$ \begin{eqnarray} \left\{ \begin{array}{l} x&\Leftarrow&256-y \\ y&\Leftarrow&x \end{array} \right. \end{eqnarray} $$

図561.1に改造後のブロック図を示します。

図%%.1
図561.1 VRAMモジュール

以下にBSVソースを示します。処理はwrite側で実施した入れ替えとほとんど同様です。

ReadMux.bsv:

// アドレス型の定義
typedef Bit#(16) Addr_t;

// マルチプレクサのインタフェース定義
interface ReadMux_ifc;
   (* prefix="" *)
   // 出力アドレスを生成するメソッド
   method Addr_t outp(Bool sel, Addr_t a);
endinterface

// マルチプレクサの実装
(* synthesize, always_ready = "outp", no_default_clock, no_default_reset *)
module mkReadMux(ReadMux_ifc);

   // 出力アドレスを生成するメソッド
   method Addr_t outp(Bool sel, Addr_t a);
      // xa: aの下位8ビット
      Bit#(8) xa = a[7:0];
      // yax: aの上位8ビットから算出
      Int#(10) yax = 256 - signExtend(unpack(a[15:8]));
      // ya: yaxを8ビットにトリミング
      Bit#(8) ya = truncate(pack(yax));

      // selがTrueなら加工したアドレスを返す
      if (sel) return {xa, ya};
      // selがFalseなら元のアドレスをそのまま返す
      else return a; 
   endmethod

endmodule

この変更により、ボード上のdip swを切り替えることで、リアルタイムに画面の縦横変換ができるようになりました。


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posted by sakurai on September 27, 2022 #517

完成したゲームのオープニングからのゲーム開始画面です。動画変換フレームレートの関係で、ゼロの点滅がハッキリと再生されませんが、実際にはきれいに点滅しています。

図%%.1
図517.1 オープニングアニメーションシーケンス

実行のシーケンス

  • 得点表(Score Advance Table)アニメーション表示
  • Fボタンを押す
  • "PUSH ONLY 1PLAYER BUTTON"を表示、CREDIT=01
  • Sボタンを押す
  • "PLAY PLAYER<1>"を表示、CREDIT=00、SCORE<1>をゼロにし、規定回数点滅
  • ゲームスタート

図513.5
図513.5 ボタン配置図

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posted by sakurai on September 26, 2022 #516

Y字リプレースアニメーションのソース

Y字リプレースアニメーションのソースを示します。Y字リプレースアニメーションもFボタンにより中断するため、各所でFボタンを見ています。

function Stmt replaceY;
   return (seq
      // from right to left
      for (i <= 228; i >= 142; i <= i - 2) seq
         copyArea((pack(i)[1] == 1'b1) ? 68 : 84 , 32, i, 67, 10, 8);
         wait_timer(`TICK_WAIT3);
         if (fbutton) break;
      endseq // for
      if (fbutton) break;
      // from left to right
      for (i <= 136; i <= 226; i <= i + 2) seq
         copyArea((pack(i)[1] == 1'b1) ? 75 : 91 , 107, i, 67, 16, 8);
         wait_timer(`TICK_WAIT3);
         if (fbutton) break;
      endseq // for
      eraseArea(226, 67, 16, 8);
      wait_timer(`TICK_WAIT32);
      if (fbutton) break;
      // from right to left
      for (i <= 226; i >= 136; i <= i - 2) seq
         copyArea((pack(i)[1] == 1'b1) ? 77 : 93 , 117, i, 67, 16, 8);
         wait_timer(`TICK_WAIT3);
         if (fbutton) break;
      endseq // for
      wait_timer(`TICK_WAIT32);
      if (fbutton) break;
      eraseArea(141, 67, 9, 8);
      wait_timer(`TICK_WAIT32);
      if (fbutton) break;
   endseq);
endfunction

これだけでなく、タイマールーチンの中でもFボタンによる中断を見ていますが、ちょっとやり過ぎのようです。実際には多少間引いても体感に影響しないと思います。


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posted by sakurai on September 23, 2022 #515

オープニングアニメーションのソース

オープニングアニメーションのソースを示します。オープニングアニメーションはFボタン(コイン投入の模擬)により中断するため、各所でFボタンを見ています。

function Stmt openingAnimation;
   return (seq
      // Opening Animation
      foa <= True;
      eraseArea( 0, 41, 255, 199); // erase screen
      eraseArea(25,242, 5, 7); // erase zanki
      stringS1; // PLAY ...
      if (fbutton) break;
      wait_timer(`TICK_WAIT64);
      if (fbutton) break;
      stringS2; // *SCORE ...
      if (fbutton) break;
      wait_timer(`TICK_WAIT32);
      if (fbutton) break;
      stringS3; // =? MYSTERY ...
      if (fbutton) break;
      wait_timer(`TICK_WAIT64);
       if (fbutton) break;
      replaceY; // ^ -> Y
      if (fbutton) break;
      wait_timer(`TICK_WAIT64);
      if (fbutton) break;
      foa <= False;
   endseq);
endfunction

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posted by sakurai on September 22, 2022 #514

オープニングアニメーションの追加

テスト用のソースを示します。コンパイル時間短縮のため、ゲーム部分をカットしています。

// メインフロー
Stmt main = seq
   while (True) seq
      while (!fbutton) seq
         openingAnimation; // Fボタンによりブレーク
      endseq // while
      openingDisplay;      // 表示のみ、ボタンを待たない
      await(sbutton);        // Sボタンによりブレーク
      openingDisplay2;    // タイマーによりブレーク
      // game start
   endseq // while
endseq;

// CREDIT 01, "PUSH ONLY 1PLAYER BUTTON"
function Stmt openingDisplay;
   return (seq
      eraseArea( 0, 41, 255, 199); // erase screen
      stringS5; // PUSH ONLY ...
      copyArea(10, 162, 217, 241, 5, 7); // CREDIT 00->01
   endseq);
endfunction

// CREDIT 00, "PLAY PLAYER<1>, 00000"
function Stmt openingDisplay2;
   return (seq
      eraseArea( 0, 41, 255, 199); // erase screen
      stringS6; // PLAY PLAYER<1>
      copyArea(2, 162, 217, 241, 5, 7); // CREDIT 01->00
      for (i <= 1; i < 15; i <= i + 1) seq
         // erase zero
         eraseArea(40, 25, 37, 7);
         wait_timer(`TICK_WAIT4); // wait 66.66msec
         stringS7; // 00000
         wait_timer(`TICK_WAIT4); // wait 66.66msec
      endseq // for
   endseq);
endfunction

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