El VIC-II ( Chip de interfaz de vídeo II ), específicamente conocido como tecnología MOS 6567/6566/8562/8564 ( versiones NTSC ), 6569/8565/8566 ( PAL ), es el microchip encargado de generar señales de vídeo Y/C ( combinado con vídeo compuesto en el modulador de RF ) y señales de actualización DRAM en las computadoras domésticas Commodore 64 y Commodore 128 .
Sustituyendo al MOS Technology VIC original utilizado en el VIC-20 , el VIC-II fue uno de los chips personalizados clave en el Commodore 64 (el otro es el chip de sonido MOS Technology 6581 ).
El chip VIC-II fue diseñado principalmente por Albert Charpentier y Charles Winterble [1] en MOS Technology, Inc. como sucesor del MOS Technology 6560 "VIC" . El equipo de MOS Technology no había logrado anteriormente producir dos chips gráficos llamados MOS Technology 6562 para la computadora Commodore TOI y MOS Technology 6564 para Color PET, debido a limitaciones de velocidad de la memoria. [2]
Para construir el VIC-II, Charpentier y Winterble hicieron un estudio de mercado de las computadoras y videojuegos domésticos actuales , enumerando las características actuales y las que querían tener en el VIC-II. La idea de agregar sprites surgió de la computadora TI-99/4A y su coprocesador de gráficos TMS9918 . La idea de admitir la detección de colisiones surgió de Mattel Intellivision . El Atari 800 también fue minado para las características deseadas, particularmente el modo de mapa de bits, que era un objetivo deseado por el equipo MOS ya que todos los principales rivales de computadoras domésticas de Commodore tenían gráficos de mapa de bits, mientras que el VIC-20 solo tenía caracteres redefinibles. [3] [4] Aproximadamente 3/4 de la superficie del chip se utilizan para la funcionalidad de sprite. [5]
El chip se diseñó en parte utilizando herramientas de automatización de diseño electrónico de Applicon (ahora parte de UGS Corp. ) y en parte manualmente sobre papel vitela . El diseño se depuró parcialmente mediante la fabricación de chips que contenían pequeños subconjuntos del diseño, que luego podían probarse por separado. Esto fue fácil ya que MOS Technology tenía su laboratorio de investigación y desarrollo y su planta de semiconductores en la misma ubicación. El lote inicial de chips de prueba resultó casi completamente funcional, con solo un sprite defectuoso. [6] El chip fue desarrollado con tecnología de 5 micrómetros. [3]
El trabajo en el VIC-II se completó en noviembre de 1981 mientras Robert Yannes trabajaba simultáneamente en el chip SID . Ambos chips, al igual que el Commodore 64 , se terminaron a tiempo para el Consumer Electronics Show del primer fin de semana de enero de 1982. [7]
Algunos de los modos gráficos del 64 son realmente extraños y no tienen análogos a los de Atari o Apple, como la capacidad de cambiar el color de los personajes en la pantalla. Eso nos dio mucha capacidad de color que no había sido explotada.
— Craig Nelson de Epyx, 1986 [8]
Tenga en cuenta que las siguientes direcciones de registro se indican tal como las ve la CPU en un C64. Para obtener los números de registro que normalmente se dan en las hojas de datos (es decir, comenzando con 0), se debe omitir el "D0" inicial.
El VIC-II se programa manipulando sus 47 registros de control (frente a los 16 del VIC), la memoria asignada al rango $D000 – $D02E en el espacio de direcciones C64. De todos estos registros, 34 se ocupan exclusivamente del control de sprites (los sprites se denominan MOB, de "Movable Object Blocks", en la documentación de VIC-II). Al igual que su predecesor, el VIC-II maneja la entrada de lápiz óptico y, con la ayuda de la ROM de caracteres estándar del C64, proporcionó el juego de caracteres PETSCII original de 1977 en una pantalla de dimensiones similares a la de la serie PET de 40 columnas .
Al recargar los registros de control del VIC-II a través del código de máquina conectado a la rutina de interrupción de trama (la interrupción de línea de exploración), se puede programar el chip para generar significativamente más de 8 sprites simultáneos (un proceso conocido como multiplexación de sprites ) y, en general, dar a cada programa -Rebanada definida de la pantalla con diferentes propiedades de desplazamiento, resolución y color. La limitación de hardware de 8 sprites por línea de exploración se puede aumentar aún más permitiendo que los sprites se enciendan y apaguen rápidamente. El dominio de la interrupción ráster es esencial para liberar las capacidades del VIC-II. Muchas demostraciones y algunos juegos posteriores establecerían un "paso de bloqueo" fijo entre la CPU y el VIC-II para que los registros del VIC pudieran manipularse exactamente en el momento adecuado.
El C64 se envió con el juego de caracteres PETSCII en una ROM de 4k, pero, al igual que el VIC-20 anterior, los datos reales de los caracteres se leyeron de la memoria en una ubicación específica. Esta ubicación es uno de los registros VIC-II, que permitió a los programadores construir sus propios conjuntos de caracteres colocando los datos apropiados en la memoria; cada carácter es una cuadrícula de 8x8, un byte que representa 8 bits horizontalmente, por lo que se requieren 8 bytes para un solo carácter y, por lo tanto, el conjunto completo de 256 caracteres utiliza un total de 2048 bytes. En teoría, se pueden utilizar hasta ocho conjuntos de caracteres si se llenan los 16k de memoria de vídeo. [9] : 363
Además de los conjuntos de caracteres, el VIC-II también utiliza 1000 bytes para almacenar las 25 líneas de 40 caracteres por línea, un byte por cada carácter, que en la configuración predeterminada se sitúa en $400 - $7E8 . [9] : 117–119 Se accede a la RAM de color como los bits 8 a 11 de la matriz de vídeo; [10] en 64 y 128, está ubicado en el espacio de E/S en $D800 - $DBFF y no se puede mover desde esa ubicación. Contiene los valores del color 1 (color 3 en modo multicolor) de cada carácter.
La ROM de caracteres está asignada a dos de las cuatro "ventanas" del VIC-II, en $1000 - $1FFF y $9000 - $9FFF , aunque la CPU no puede verla allí (la ROM de caracteres puede cambiarse a $D000 - $DFFF donde es visible para la CPU, pero no para el VIC-II). Por lo tanto, los datos gráficos o los buffers de video no se pueden colocar en $1000 - $1FFF o $9000 - $9FFF porque el VIC-II verá el carácter ROM allí. Debido a que estas áreas de RAM no podían ser utilizadas por el chip gráfico VIC-II, se usaban con frecuencia para música/efectos de sonido (el chip SID). El C64 tiene la capacidad de tener RAM y ROM en la misma dirección en la memoria, pero la CPU "vería" una y el chip VIC-II "vería" la otra.
En el modo de caracteres predeterminado de alta resolución, el primer plano de cada carácter se puede configurar individualmente en la RAM de color. En el modo de caracteres multicolor, el color 3 está limitado a los primeros ocho valores de color posibles; el cuarto bit se utiliza luego como bandera que indica si este carácter se mostrará en alta resolución o en multicolor, permitiendo así mezclar ambos tipos en una sola pantalla. [9] : 460–462 Los colores 1 y 2 los establecen los registros en $D022 y $D023 y son globales para todos los caracteres. [9] : 373
Si se utiliza el modo de color de fondo extendido, los dos bits superiores del código de carácter se utilizan para seleccionar uno de los cuatro registros de color de fondo. Esto permite cuatro colores de fondo diferentes en la pantalla, pero a costa de permitir solo 64 caracteres diferentes en lugar de 256. Debido a que esto es limitante, los juegos rara vez lo usan.
Agregar un modo de mapa de bits direccionable por todos los puntos fue uno de los objetivos principales del equipo de diseño de Commodore, ya que el VIC-I carecía de esa característica. Sin embargo, para utilizar la menor cantidad posible de circuitos adicionales, los organizaron de la misma manera que el modo de personaje, es decir, mosaicos de 8x8 y 4x8. Los gráficos de mapa de bits requieren una página de 8k para los datos de píxeles y cada byte corresponde a una fila de ocho o cuatro píxeles. El siguiente byte es la fila debajo y después de la octava fila, volviendo a la parte superior del siguiente mosaico.
En los mapas de bits de alta resolución, la RAM de la pantalla se utiliza para mantener los colores de primer plano y de fondo de cada mosaico (cuarteto alto y bajo de cada byte). Este es el único modo VIC-II que no utiliza la RAM de color en $D800 ni el registro de color de fondo en $D021 .
El modo de mapa de bits multicolor permite tres colores por mosaico (el cuarto es el color de fondo establecido en $D021 ). Los colores 1 y 2 se seleccionan mediante los bits en la RAM de la pantalla (igual que los mapas de bits contratados) y el tercero es desde la RAM de color.
A pesar del alto nivel de detalle de color y las capacidades direccionables en todos los puntos del modo de mapa de bits, generalmente no es práctico para los gráficos del juego debido a que requiere una gran cantidad de recursos del sistema (8k para los datos de píxeles más muchos más ciclos de CPU para modificar cada uno). mosaico) y normalmente no se puede desplazar. Por lo tanto, se ve con mayor frecuencia en las pantallas de carga y, a veces, de título.
Los sprites VIC-II son monocromáticos de 24x21 o multicolores de 12x21. Al igual que los gráficos de personajes, estos últimos tienen un color individual para cada sprite y dos globales. VIC-II tiene ocho sprites, cada uno de los cuales utiliza 64 bytes de memoria para almacenar pero, con ciertas limitaciones, puede mostrar muchos más. La multiplexación de sprites es un método común para obtener más de ocho en pantalla (aunque todavía hay un máximo de ocho por línea de escaneo). El contador de líneas de exploración VIC-II se puede sondear hasta alcanzar el punto deseado en la pantalla, o se puede programar una interrupción de trama para que se active en una determinada línea de exploración, después de lo cual el programa cambia rápidamente las coordenadas del sprite. Este método puede dar como resultado muchos sprites adicionales en pantalla a la vez, a menudo hasta un total de 16 a 24 o más. Sin embargo, para una demostración, el límite es considerablemente más flexible.
En teoría, el número máximo de sprites diferentes visibles al mismo tiempo es 256 (suponiendo que toda la página de 16k del VIC-II esté llena). Se abordan mediante el uso de un número de bloque para referirse a cada patrón de sprite en la memoria, comenzando con 0 y llegando a 255 ($FF) dependiendo de su posición en la página de video. (Si se usa el segundo banco de videos (numerados como 0 1 2 y 3), el Bloque 0 se referiría al sprite almacenado en $4000 y el Bloque 255 estaría en $7FC0 ).
Cada objeto puede tener el doble de tamaño vertical, horizontal o ambos. Esto no aumenta la resolución del sprite (todavía tiene 24 píxeles de ancho y 21 de alto), pero cada píxel tendrá el doble de ancho y/o el doble de alto.
Debido a que el registro de posición horizontal para cada sprite es de un byte y está limitado a un valor máximo de 255, por sí solo no puede cubrir los 320 píxeles completos del área de la pantalla del VIC-II, por lo que un registro adicional llamado Bandera de byte más significativo proporciona una novena posición. bit para todos los sprites.
$D01E y $D01F contienen los registros de fondo y de colisión de sprite a sprite. El primero rara vez se usa porque no puede proporcionar información sobre el objeto de fondo específico que toca el objeto.
$D01B contiene el registro de prioridad Sprite To Background, que se utiliza para controlar si un sprite se mueve detrás o delante de los gráficos de fondo. Cuando un sprite entra en el mismo espacio que otro sprite, los de menor número siempre pasarán por encima de los de mayor número.
Para desplazarse por la pantalla de un personaje, el VIC-II se configura en modo de 38 columnas y/o 24 líneas a través de los registros en $D011 y $D016 . Esto crea un búfer fuera de la pantalla donde se coloca la fila de caracteres que se desplazarán. Al ajustar los bits de desplazamiento en los registros mencionados anteriormente, se puede mover una fila en la pantalla y luego se repite a menos que se coloque una nueva fila en el búfer. La RAM de color se desplaza simultáneamente con la RAM de pantalla y funciona de la misma manera.
El desplazamiento de VIC-II es una tarea relativamente complicada que requiere un uso intensivo de la CPU, aunque no es raro que los programadores de juegos C64 hagan trampa diseñando gráficos para que la RAM de color pueda permanecer estática. Otro truco estándar es usar una sección de la pantalla (quizás las 4 o 5 filas de caracteres inferiores o superiores) como área de estado del juego para mostrar la puntuación, vidas, etc., reduciendo la cantidad de desplazamiento que se debe realizar. Por último, a menudo es necesario utilizar la técnica de "doble almacenamiento en búfer" para evitar que la pantalla se rompa. Se reservan dos bloques de 1k de RAM de pantalla; uno se muestra mientras se escribe en otro, luego, durante vblank, se intercambian rápidamente mediante la manipulación de los registros VIC-II. Lamentablemente, esto no se puede hacer con RAM en color.
Al final de la vida útil comercial del C64, se descubrió un exploit conocido como VSP (Posicionamiento de pantalla variable) que involucraba la manipulación de los bits de control en $D011 para producir un desplazamiento rápido a un costo de ciclo de CPU mucho menor que los registros de desplazamiento estándar; sin embargo, requería cuidado. , codificación de ciclo exacto y no funcionó de manera confiable en algunas revisiones de VIC-II; Además, solo se puede utilizar para desplazamiento horizontal. Se utiliza notablemente en Mayhem in Monsterland .
La utilización de interrupciones rasterizadas es una parte esencial de la programación de juegos C64. En el estado predeterminado de encendido de la computadora, el primer chip CIA de tecnología MOS genera una interrupción enmascarable (IRQ) 60 veces por segundo (ya sea NTSC o PAL, esto no está relacionado con la actualización de video) que envía la CPU al controlador IRQ del kernel en $ EA31 . El controlador reconoce la IRQ de la CIA, actualiza el reloj, escanea el teclado y hace parpadear el cursor en BÁSICO.
Los juegos normalmente desactivan la interrupción de la CIA y en su lugar configuran el VIC-II para generar interrupciones cuando se alcanza una línea de exploración específica, lo cual es necesario para desplazarse en pantalla dividida y reproducir música. El juego reasigna el vector IRQ en $0314 / $0315 a su controlador de ráster que realiza estas funciones y luego, opcionalmente, ejecuta una instrucción JMP $EA31 para devolver el control al kernel.
Algunos juegos utilizan sólo una IRQ; sin embargo, las IRQ encadenadas son más comunes y mejoran la estabilidad del programa. En esta configuración, la IRQ se reasigna a la segunda rutina y así sucesivamente para cada una hasta que la última la restaura a la dirección de la primera IRQ. Cuando se utilizan IRQ encadenadas, solo se necesita una instrucción JMP $EA31 en la cadena y las demás pueden finalizar con JMP $EA81 , que simplemente va al final del controlador del kernel. Además, no es raro que los juegos cambien el kernel y utilicen su propio controlador IRQ. El NMI se puede utilizar para un hilo de interrupción adicional, aunque pueden producirse efectos secundarios indeseables al presionar accidentalmente la tecla Restaurar, ya que activa un NMI si se presiona.
El VIC-II también puede generar una interrupción ráster a partir de los registros de colisión, pero esta característica rara vez se utiliza ya que en la mayoría de los casos proporciona información insuficiente al programa.
El VIC-II tiene un bus de direcciones de 14 bits y puede utilizar cualquiera de los cuatro segmentos de 16k del espacio de memoria del C64 para datos de vídeo. Para gestionar esto, los bits de puerto de la CIA aportan dos bits de dirección adicionales. $0000 - $3FFF es el valor predeterminado de encendido. El segundo segmento ( $4000 – $7FFF ) suele ser la mejor opción para programar desde BASIC, ya que es el único segmento que tiene RAM completamente libre sin ROM ni registros de E/S asignados. El cuarto segmento ( $C000 – $FFFF ) también es una buena opción siempre que se utilice lenguaje de máquina, ya que las ROM del núcleo deben estar deshabilitadas para obtener acceso de lectura por parte de la CPU, y evita tener código de programa y datos no contiguos que resultarían de usando $4000 - $7FFF . Tenga en cuenta que los datos gráficos se pueden almacenar libremente debajo de la ROM BÁSICA en $A000 - $BFFF , la ROM del núcleo en $E000 - $FFFF o registros de E/S y RAM de color en $D000 – $DFFF , ya que el VIC-II solo ve RAM, independientemente de cómo se ajuste la asignación de memoria de la CPU; La ROM de caracteres es visible sólo en el primer y tercer segmento, por lo que si se utiliza el segmento dos o cuatro, el programador debe proporcionar sus propios datos de caracteres. La RAM de la pantalla, la página de mapa de bits, los sprites y los conjuntos de caracteres deben ocupar la misma ventana de segmento (siempre que los bits de la CIA no se cambien mediante una interrupción de la línea de exploración). Los últimos seis bytes de la memoria del sistema ( $FFFA - $FFFF ) contienen los vectores IRQ, NMI y reinicio, por lo que si la parte superior de la memoria se usa para almacenar un conjunto de caracteres o datos de sprites, y la ROM KERNAL se apaga revelando la RAM debajo de la CPU, será necesario sacrificar un carácter o sprite para evitar sobrescribir los vectores.
El VIC-II tiene 47 registros de lectura/escritura que se enumeran a continuación:
En el modo de caracteres multicolor (160×200 píxeles, que utilizan la mayoría de los juegos), los personajes tienen 4×8 píxeles (los caracteres siguen siendo aproximadamente cuadrados ya que los píxeles tienen el doble de ancho) y 4 colores de 16 colores. Tres de los colores son iguales para toda la pantalla (el color de fondo, los registros multicolor 1 y multicolor 2), mientras que el color restante se puede configurar individualmente para cada área de 4 × 8 píxeles definida en la RAM de color. Los sprites en modo multicolor (12×21 píxeles) tienen tres colores más transparencia: dos colores compartidos entre todos los sprites y uno individual. Los artistas eligen colores comunes de modo que la combinación con colores individuales produzca una impresión colorida. Algunos juegos recargan colores compartidos durante la interrupción del ráster; por ejemplo, el área submarina del juego Turrican II (que era verticalmente distinta) tiene diferentes colores. Otros, como Summer Games de Epyx y Basketball Sam & Ed de COMPUTE! ' s Gazette , superponen dos sprites de alta resolución para permitir el uso de dos colores de primer plano sin sacrificar la resolución horizontal [1]. Por supuesto, esta técnica reduce a la mitad la cantidad de sprites disponibles.
En PAL C64, la línea de retardo PAL en el monitor o televisor que promedia el tono de color , pero no el brillo, de líneas de pantalla consecutivas se puede usar para crear siete colores no estándar alternando líneas de pantalla que muestran dos colores de brillo idéntico. Hay siete pares de colores de este tipo en el chip VIC. [11]
El equipo del C64 no dedicó mucho tiempo a calcular matemáticamente la paleta de 16 colores. Robert Yannes, que participó en el desarrollo del VIC-II, dijo:
Me temo que en la selección del color no se puso tanto esfuerzo como crees. Como teníamos control total sobre el tono, la saturación y la luminancia, elegimos los colores que nos gustaban. Sin embargo, para ahorrar espacio en el chip, muchos de los colores estaban simplemente en el lado opuesto de la rueda de colores de los que elegimos. Esto nos permitió reutilizar los valores de resistencia existentes, en lugar de tener un conjunto completamente único para cada color. [12]
Las primeras versiones del VIC-II utilizadas en PAL C64 tienen una paleta de colores diferente a la de las revisiones posteriores. [13]
La paleta completa de dieciséis colores se genera en función de variaciones de señales YPbPr como se muestra a continuación:
El 8564/8566 VIC-IIe en el Commodore 128 usa 48 pines en lugar de 40, ya que produce más señales, entre ellas el reloj para la CPU Zilog Z80 adicional de esa computadora. También dispone de dos registros extra. Uno de los registros adicionales es para acceder al teclado numérico agregado y otras teclas extra de esa computadora; Esta función se agregó al VIC simplemente porque resultó ser el lugar más fácil de la computadora para agregar los tres pines de salida adicionales necesarios. El otro registro adicional sirve para alternar entre un reloj del sistema de 1 MHz y 2 MHz; a mayor velocidad, la salida de video del VIC-II simplemente muestra cada segundo byte en el código mientras el negro contrata un patrón de bits en la pantalla, lo que sugiere el uso del modo de 80 columnas del C128 a esa velocidad (a través del chip RGB de 8563 VDC ). De manera bastante extraoficial, los dos registros adicionales también están disponibles en el modo C64 del C128, lo que permite cierto uso de las teclas adicionales, así como la ejecución a doble velocidad y sin video de código vinculado a la CPU (como cálculos numéricos intensivos) en autocontrol. Hizo programas C64. [14] Los registros adicionales también son una fuente de incompatibilidad menor entre el modo C64 del C128 y un C64 real: algunos programas C64 más antiguos escribieron inadvertidamente en el modo C64.Bit de conmutación de 2 MHz , que no haría nada en absoluto en un C64 real, pero daría como resultado una pantalla estropeada en un C128 en modo C64.
El VIC-IIe tiene la capacidad poco conocida de crear un conjunto adicional de colores manipulando los registros de una manera específica que desfasa la señal de color con respecto a lo que otras partes del chip consideran que está. [ cita necesaria ] Esta habilidad se demostró en la demostración "Risen from Oblivion". [15] Desafortunadamente, no funciona en todos los monitores: los colores correctos se confirman en los monitores Commodore CRT y sus equivalentes.
Utilizando el comportamiento específico del bit de prueba del VIC-IIe, es además capaz de producir una imagen entrelazada real con una resolución de 320×400 (modo alquiler) y 160×400 (modo multicolor). [dieciséis]
Commodore realizó muchas modificaciones al VIC-II durante su vida. El primer número de Compute!'s Gazette , en julio de 1983, informó que ya habían habido ocho desde el lanzamiento del Commodore 64 a mediados de 1982. [17]
La primera revisión del VIC-II se utilizó en máquinas fabricadas durante 1982 y principios de 1983; tenía una carcasa de cerámica por razones térmicas y generaba 64 relojes de color NTSC por línea. Estos chips tampoco emitían señales de croma y luminancia separadas. Las revisiones posteriores tenían una carcasa de plástico de menor costo y 65 relojes de color por línea (para NTSC, 63 para PAL), así como croma y luminancia separados, lo que permitió una forma temprana de S-video. Se realizaron varias revisiones principalmente con el fin de mejorar la calidad de salida de vídeo, que era deficiente en las primeras unidades, y eliminar un error que causaba la aparición de píxeles aleatorios en la pantalla (algunos de los primeros juegos explotaron esto intencionalmente para efectos gráficos que, en consecuencia, no funcionaban). funciona en C64 posteriores). Los relojes de 64 colores en el VIC-II inicial se hicieron con la intención de permitir el color de artefacto NTSC en modo de mapa de bits de alta resolución como lo hacían las computadoras Atari de 8 bits, pero esa idea se abandonó rápidamente.
Debido a que por razones de costo era necesario cambiar a una carcasa de plástico, el sobrecalentamiento tendía a ser un problema con el VIC-II. Esto se debió a varias razones, incluida la alta densidad de la matriz en relación con el proceso utilizado y su alta velocidad interna (8 MHz). Commodore intentó una solución improvisada para esto utilizando el escudo de RF de aluminio como disipador de calor (en máquinas NTSC; las máquinas PAL se vendieron en países con estándares de interferencia de RF menos restrictivos que los Estados Unidos y, por lo tanto, solo usaban cartón aluminizado), sin embargo, no fue posible. Totalmente eficaz para prevenir el sobrecalentamiento y el fallo del chip.
El 85xx VIC-II utilizado en los C64C se fabricó con el proceso HMOS de 3,5 μm más moderno y requiere solo un único riel de alimentación de 5 V en lugar de los rieles duales de 12 V y 5 V del 65xx VIC-II. Estos chips funcionan significativamente más fríos y no sufren los problemas de sobrecalentamiento que afectan al 65xx VIC-II.
Existen varias revisiones del 6569: 6569R1 (generalmente chapado en oro), 6569R3, 6569R4 y 6569R5. La versión más común de 8565 es 8565R2.