nes 模拟器开发教程（二）：cpu 1.1

作用

这个必须模拟，否则完全无法运行，我们可以在没有实现界面时候，通过打印来测试各种指令

模拟过程

1. 重要数据结构：各种寄存器
2. 各种指令，读取地址，读取寄存器，堆栈操作

寄存器

用于各种运算，计算机的本质就是运算

    struct Register {
        uint8_t ACC;
        uint8_t X;
        uint8_t Y;
        uint8_t SP;
        uint8_t P;
        uint8_t PC;
    };

ACC：常用于累加
X,Y：常用于循环
SP：堆栈指针，这个跟我们x86 esp/rsp 一样
P：状态寄存器，用于各种运算中，如果这个状态错误，会导致各种异常
PC：当前执行的地址，每个指令执行都会被修改掉，用于执行下一条指令

比x86 寄存器少了很多，因为现代CPU 发展多少年进步非常多了，如果模拟现代CPU要管理寄存器多了很多，同时指令多了很多倍。

寄存器对应文档wiki
https://www.nesdev.org/wiki/CPU_registers

指令

作用：进行运算和读写数据
大概官方指令有56个，我们按照文档加上AI 说明来实现指令，这里最终要是寻址方式，这里寻址方式是通用，我们只要把寻址方式封装，那么指令实现就方便很多，同时错误也会减少很多，常见错误就是寻址写错了

过程

我们找到一个比较简单但又包含几种寻址的指令 ADC， 这个也是nesdev cpu 文档的第一个
这个就是简单加法运算
https://www.nesdev.org/wiki/Instruction_reference 找到ADC 这个指令

1. 查看文档说明
2. A = A + memory + C 这个公式，这个A 代表上面寄存器ACC，memory 内存值 ，当前进位标识的值
3. 文档核心说明：ADC adds the carry flag and a memory value to the accumulator，这个是文字说明
4. 辅助：如果你还没有明白可以用AI浏览器，豆包或者tabbit 打开这个网页问ADC 指令说明
5. 如果你还是不理解，你看要用代码说明ADC实现，反复几次你就实现类似的功能
6. 按照文档实现ADC 对应中几个不同寻址模式实现，这里一个指令多个寻址，那么对应的字节码就会多个，因为Nes 指令集合只有一个字节，这个非常用于区分，现代指令集合就复杂多了，可能1~x多个字节

寻址模式

本质计算是读写地址从而读写数据，同时包括单纯数据赋值，不用来读写，但一般情况肯定用读写

文档介绍：https://www.nesdev.org/wiki/CPU_addressing_modes
分类：

1. Indexed addressing
2. Other addressing

这个区分规则是否x,y 参与运算，否则就是其他运算

按照文档对应公式计算就可以了，如果不明白可以要AI给出具体例子，这样子方便我们理解

具体寻址模式计算

其他寻址模式

1、Implicit
隐式寻址，没有数字用来运算，比喻CLC 、NOP 指令等等

2、Accumulator
这个只是 Accumulator 寄存器进行操作，这个比较简单，只是单独分类出来感觉

3、Immediate
数字用于运算，不能当成地址读取，一般nes代码用# 代替立即数字

4、Zero page
数字就是地址，只是这个地址0~255返回（1个字节），这个地址就是所谓的零页，因为是一个字节，访问速度快很多，2个字节的指令要短，那么速度更快

5、Absolute
16位作为地址，读写数据

6、Relative
这个根据当前pc 地址+ 数字获取地址用来读取，一般用来条件跳转
目标地址=PC+2+偏移量，这个是 -128~127

常见的指令：BCC, BCS,BEQ

7、Indirect
这个就地址就是纯间接，这个只有jmp

在 6502/NES 里，"间接寻址"指的是指令的操作数不是一个直接的目标地址，而是一个"存放着目标地址的指针"​。CPU 先根据操作数找到指针位置，再从指针里读出 16 位地址，最后才访问真正的目标。严格意义上的 Indirect 是 JMP 指令专用的 (a) 模式，

全局数据是8字节，uint8_t

标志

溢出

这个算是所有的标志最难理解
ADC ：加法的溢出

简单说，V 标志跟踪的是有符号溢出：把 8 位值当作 −128-128−128 到 +127+127+127 的数来看，当运算结果超出了这个范围（符号位“翻车”）时 V 被置 1。它和无符号溢出（C 标志）是两回事。

这个是加法：比喻2个正数相加，结果是负数，那么就是溢出了

正数溢出
两个正数相加，结果却成了负数（正溢出），例如 \7F + \01 = \80, 127 + 1 = -128；

负溢出
一个负数相加，结果变成正数（负溢出），-128+（-128） =0

正数+辅助不会溢出
这个不会溢出，溢出本质结果超出范围，符号位翻转（2个操作符号一定相同，但结果不一样），这个是加法的溢出，减法的溢出稍微不一样。

公式的逻辑

(result ^ A) & (result ^ memory) & $80

拆开看：先分别找出“结果与 A 不同的位”和“结果与 memory 不同的位”，两者按位与，最后只保留 bit 7（符号位）。等价的说法就是——只有当结果的符号位同时不同于 A 的符号位、也不同于 memory 的符号位时，V 才为 1

^：异或 ，两个位相同为0，相异为1

reuslt^A ：进行异或，作用是用来判断符号是否相等，因为后面相与 & 0x80
result^memory：进行位于操作，用来判断符号相等，因为后面相与 & 0x80

总结：本质结果符号与运算符号都不相等，就是溢出，这个公式就是作用

资料

https://masswerk.at/6502/6502_instruction_set.html#ADC

在线运行
https://wavespeed.ai/zh-CN/free-tools/6502-emulator

代码

项目工程：后面补充

核心代码点

//测试代码入口
void Nes::Test()
{
    //测试代码 adc 0xa 
    uint8_t code[] = {
        0x69,0xA
    };

    InitNes();

    memcpy_s(m_memory, 65536, code, sizeof(code));

    m_cpu.SetAccRegister(0x2);
    m_cpu.Clock();              //执行单条指令
    m_cpu.PrintfRegister();     //打印寄存器
}

//核心代码运行接口
uint16_t CPU::Clock()
{
    uint16_t cycle = 0;
    uint8_t OPCODE = ReadByte(m_register.PC++);
    uint8_t data = 0;
    switch (OPCODE)
    {
    case 0x69:
        data = Immediate();
        ADC(data);
        cycle = 2;
        break;
    default:
        break;
    }

    return cycle;
}

代码说明

1. 这个cpu::Clock 执行，进行读取指令
2. 执行对应指令
3. 整个流程基本这样子

指令读取

指令组成部分：opcode(操作码) + 操作数

//读取opcode 
uint8_t OPCODE = ReadByte(m_register.PC++);

//根据opcode 确定寻址模式，用于读取操作数
//比喻前面加0x69指令,z后续跟的立即数
data = Immediate();

//执行具体实现
ADC(data)

//cycle ，暂时可以不考虑，这个以后给ppu和apu用的，用于同步，暂时可以完全不考虑
cycle = 2;

这个指令基本执行过程

测试代码

1. 对应机器码可以用 自己看 指令对应代码
2. 用在线指令网站使用，点击汇编运行可以看到内存的对应指令

过程

1. 打开网站 https://wavespeed.ai/zh-CN/free-tools/6502-emulator
2. 写入代码 ADC 0xA ,全部替换
3. 点击汇编，可以在反汇编机器码
4. 可以填写到测试代码