Posts Tagged with "BSV"

既に発行済みのブログであっても適宜修正・追加することがあります。
We may make changes and additions to blogs already published.

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

左矢前のブログ 次のブログ右矢

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

左矢前のブログ 次のブログ右矢

posted by sakurai on December 26, 2025 #1053

Hardware Description Language Advent Calendar 2025の第4弾の記事です。タイトルは「キラキラ星アゲイン」です。 本ブログで説明した記事その他をまとめたものとなります。詳細は本ブログにて。

図%%.1
図1053.1 HDL Advent Calendar 2025 25日目

左矢前のブログ 次のブログ右矢

posted by sakurai on December 25, 2025 #1052

Hardware Description Language Advent Calendar 2025の第3弾の記事です。タイトルは「聖夜のキラキラ星をBSVで作ろう!」です。 本ブログで説明した記事その他をまとめたものとなります。詳細は本ブログにて。

図%%.1
図1052.1 HDL Advent Calendar 2025 24日目

左矢前のブログ 次のブログ右矢

posted by sakurai on December 18, 2025 #1051

Hardware Description Language Advent Calendar 2025の第2弾の記事です。タイトルは「Ruleを用いないBSVの設計手法」です。

図%%.1
図1051.1 HDL Advent Calendar 2025 17日目

今回ChatGPTと議論しての気づきを3点示します。

  • BSVのruleは高位合成のように見えるが所詮RTL
  • BSVのruleが難しいのではなく、ハードウェアの複雑性を正確に写し取っているだけ
  • ruleレス設計は逃げではなく、並行を隠蔽して人間の認識能力を高める手段

左矢前のブログ 次のブログ右矢

posted by sakurai on December 15, 2025 #1049

毎年QiitaではAdvent Calenderを実施していますが、今年2025はHardware Description Language Advent Calendar 2025に記事を書いたので、公開します。第一弾は「巨大FSMのダイエット計画」です。

本ブログで説明した記事その他をまとめたものとなります。詳細は本ブログにて。

図%%.1
図1049.1 HDL Advent Calendar 2025 5日目

左矢前のブログ 次のブログ右矢

GameFSMの改良 (23)

posted by sakurai on December 11, 2025 #1048

対応するコードを示します。まず、前景は各色1bitカラー$(g, r, b)$で元と変わりません。

   Bit#(1) fg_g1 = !in_exp ? (in_data[2] & pack(fg_dt)) : 1'b0;
   Bit#(1) fg_r1 = !in_exp ? (in_data[1] & pack(fg_dt))
                           : ((in_data[2] | in_data[1] | in_data[0]) & pack(fg_dt));
   Bit#(1) fg_b1 = !in_exp ? (in_data[0] & pack(fg_dt)) : 1'b0;

これに4bitの背景を重ね合わせます。背景は$(g_3, g_2, g_1, g_0, r_3, r_2, r_1, r_0, b_3, b_2, b_1, b_0)$の各色4bitカラーです。ただし前稿のとおり、$g_3=r_3=b_3=0$であることからデータは省略でき、3bitずつROMに格納します。

   // 背景 GRB333(9bit)
   Bit#(3) bg_g3 = bg_data[8:6];
   Bit#(3) bg_r3 = bg_data[5:3];
   Bit#(3) bg_b3 = bg_data[2:0];

そこからスキャンのタイミングでこのように各色3bitずつ9bitを取り出します。

   // 3bit → 4bit (MSB=0 を付加)
   Bit#(4) bg_g4 = { 1'b0, bg_g3 };
   Bit#(4) bg_r4 = { 1'b0, bg_r3 };
   Bit#(4) bg_b4 = { 1'b0, bg_b3 };

次にこのようにMSBに0を詰めて各色4bitとします。

   // 背景無効領域は完全黒
   Bit#(4) pix_g4 = bg_active ? mixPx(bg_g4, fg_g1) : 4'b0000;
   Bit#(4) pix_r4 = bg_active ? mixPx(bg_r4, fg_r1) : 4'b0000;
   Bit#(4) pix_b4 = bg_active ? mixPx(bg_b4, fg_b1) : 4'b0000;

前景と背景をブレンドしてdisplay timingでレターボックス化します。以下は前景と背景の合成関数です。

// 背景4bit bg4 と 1bit 前景 fg1 を合成
// 前景の足し込み量は 4'hC 固定(強すぎれば 8〜F で調整)
function Bit#(4) mixPx(Bit#(4) bg4, Bit#(1) fg1);
   UInt#(4) ubg  = unpack(bg4);
   // fg1 が 0 のとき 0000, 1 のとき 1111
   Bit#(4) add_b = 4'hC & { fg1, fg1, fg1, fg1 };
   UInt#(4) uadd = unpack(add_b);
   UInt#(5) sum  = zeroExtend(ubg) + zeroExtend(uadd);
   UInt#(4) out4 = (sum > 15) ? 15 : truncate(sum);
   return pack(out4);
endfunction

図1048.1に完成結果を示します。実際には動画で見るより背景画像は暗くなっており、ゲームの邪魔になることはありません。

図%%.1
図1048.1 完成画面

記事タイトルはGameFSMの改良ですが、実際に背景画像や星の点滅はGraphicsFSMというグラフィックコントローラに実装しました。背景画像が結構ROMを食うため、Arty 7-35Tでは入らず、Arty 7-100Tでなければ入りませんでした。


左矢前のブログ 次のブログ右矢

GameFSMの改良 (22)

posted by sakurai on December 10, 2025 #1047

オリジナルのゲームのうち、アップライト型は前方の背景と下方のブラウン管映像がハーフミラーで合成されています。今回はその効果をFPGAで表現したいと思います。

まず背景画像はここで取得します。画像が大きいので、400x295x12bitにダウンサイズします。$(g_3, g_2, g_1, g_0, r_3, r_2, r_1, r_0, b_3, b_2, b_1, b_0)$という各色4bitカラーの12bitとします。

図%%.1
図1047.1 背景画像

ただし、背景は前景の邪魔にならないように暗めにαブレンディングするため、結果のMSBは常に0となります。従ってαブレンディング後のデータをROMに格納し、MSBを0として使用することにすれば、各色3bitの画像ですみます。

背景画像の前処理

  • γ補正
  • 全体的な減光 を掛けたうえで 3bit に量子化する。 $$ q_3 = \left\lfloor d \cdot \left(\frac{x}{255}\right)^{\frac{1}{\gamma}} \cdot 7 \right\rfloor $$ ここで
  • $x$:0..255 の元ピクセル値
  • $\gamma$:例えば$1.6$
  • $d$:暗さを決める係数、例えば$0.4$
  • $q_3$:0..7 の 3bit コード
  1. ROM には GRB333 で格納する。 $$ \text{word} = 64 \cdot G_3 + 8 \cdot R_3 + B_3 $$

デコーダ側は、 $$ \text{out} = \min\bigl(\text{bg} + \text{fg} \cdot A,\ 15\bigr) $$

  • $\text{bg}$:背景の 4bit 値(0..15) → 実際には MSB=0 なので 0..7 の範囲
  • $\text{fg}$:前景ビット(0 または 1)
  • $A$:前景の「足し込む強さ」(いまは (A = 12 = 4'hC))

  • fg1 = 0 のとき

    • {fg1,fg1,fg1,fg1} = 0000
    • add_b = 4'hC & 4'b0000 = 0
    • out = min(bg + 0, 15) = bg  → 背景だけ(透過光だけ)
  • fg1 = 1 のとき

    • {fg1,fg1,fg1,fg1} = 1111
    • add_b = 4'hC & 4'b1111 = 4'hC
    • out = min(bg + 12, 15) → 背景に「反射光分 12段」を足して、4bit 上限 15 を超えたら飽和

という「足し算+クリップ」によりハーフミラー効果を再現しています。


左矢前のブログ 次のブログ右矢

GameFSMの改良 (21)

posted by sakurai on December 4, 2025 #1046

夜空に瞬く星をシミュレーションする星の点滅プログラムです。

// pack ∘ st のラッパ (packed star)
function Bit#(SizeOf#(StarTwinkle)) ps(U8 x, U8 y, U8 p, U8 phi);
  return pack(st(x, y, p, phi));
endfunction

// 星テーブル (packed ビット列)
Bit#(SizeOf#(Vector#(NumStars, StarTwinkle))) starTwinkleBits = {
// ps(x, y, P, phi) 形式
`include "stars_xy.vh"
};

// Vector#(NUM_STARS, StarTwinkle) に変換
Vector#(NumStars, StarTwinkle) starTwinkleTable =
  reverse(unpack(starTwinkleBits));

// 1フレーム分、星の点滅を更新する Stmt
//   frameCnt : グローバルフレームカウンタ (60Hzで+1される想定)
//   baseX,baseY : 星描画の基準座標(ロゴ全体にオフセットを掛けたければここで指定)
function Stmt stepStarField();
  let s = starTwinkleTable[i];
  let phaseIdx = (truncate(counter) + s.phase) % s.period;
  let on = (phaseIdx < (s.period >> 1));
  return (seq
    for (i <= 0; i < fromInteger(valueOf(NumStars)); i <= i + 1) seq
      if (on)
        setDot(s.x, s.y, 7);
      else
        setDot(s.x, s.y, 0);
    endseq
  endseq);
endfunction

ファイルstars_xy.vhは、サポートプログラムにより元画像から白点の位置を抜き出したデータであり、以下のようなものです。コメントにもありますが、 $$(x, y, P, \phi)$$ の形式です。これをStringでChatGPTに改善してもらったように{ps1, ps2, ...., psn}と並べます。 packed star形式としてps関数を用いて以下のように初期化し、

// loaded 76 stars from stars_xy.csv
// ps(x, y, P, phi) 形式
  ps(  0,   0, 64, 19),
  ps(204,   1, 16,  7),
  ps( 63,   2, 16, 11),
:
  ps( 33, 251, 32,  8),
  ps(165, 254,  8,  0),
  ps(232, 254, 64, 33)

使う場合はあらかじめunpackしてreverseしたテーブルのほうを引いて使います。

ChatGPT 5.1に各種サポートプログラムをpythonで作成してもらった他、bsvについて 9割方はChatによるもので ユーザはデバッグ係となっていました。

ChatGPT 5.1は慣れないbsvこそ時々文法誤りコードを吐くことがあるものの、pythonは完璧な出来映えで一度もバグを入れることはありませんでした。pythonの方が得意な印象ですが、世の中に有るコードベースを考えたら無理もありません。

これ程pythonが得意なら。今後もう人間がpythonを書くことは無くなり、pythonは機械語のような位置付けになるかもしれません。昔は機械語のバイナリを覚えたものですが(C3,00,80,...)それと同じことになりそうです。

幸いbsvはまだそこまで得意ではないので、まだ人間が書く楽しみが残されています。


左矢前のブログ 次のブログ右矢

GameFSMの改良 (20)

posted by sakurai on December 3, 2025 #1045

次に夜空の星の点滅プログラムです。8bitレトロマシンとは思えないくらいの立体感のある映像になりました。もともと立体感のある画像だからなのですが。

例によって星の点滅をChatGPTと相談したら3案提示されたのですが、周期と位相を適当にずらす案を採用し、そのコードを書きました。

案3:座標から「周期と位相」を決めるだけの簡単版

擬似乱数すら使わず、各星に違う周期と位相を与えるだけでも、それなりに「ランダムっぽく」見えます。

  1. フレームカウンタ$t$を用意。

  2. 星の座標$(x,y)$から、その星固有の周期$P$と位相$\phi$を決める。 例: $$ P = 8 + ((x + 2y) \bmod 5) \quad (8 \sim 12; \text{フレーム周期}) $$ $$ \phi = (3x + y) \bmod P $$

  3. 星は次の条件で ON にする。 $$ \text{star_on} = 1 \iff ((t + \phi) \bmod P) < \frac{P}{2} $$

  • つまり各星は周期$P$で点滅し、そのうち半分だけ点灯。
  • 星ごとに$P$と$\phi$が違うため、全体としてはかなりバラバラに光って見える。

ハード実装としては

  • $P$を事前に ROM に入れておくか、座標から組み合わせ回路で計算、
  • Pを2の冪にすれば、$\bmod P$の演算も不要

図%%.1
図1045.1 オープニング画面 星空

左矢前のブログ 次のブログ右矢


ページ: