Записки программиста

Недавно мы познакомились с ПЭВМ Искра 1080 Тарту. Для данного компьютера написано мало программ. Достоверно известно о существовании менее тридцати, включая порты с других компьютеров. Я попытался слегка улучшить ситуацию, написав еще одну программу. Ею стала игра «Змейка».

Подготовка окружения для разработки

Программы для Искры можно писать и на самой Искре, но по нынешним меркам это не очень-то удобно. Было решено писать код на современном железе, а Искру использовать для тестирования.

Первым делом предстояло выбрать ассемблер 8080. Многие рекомендуют zasm. Но мне показалось, что это какой-то слишком сложный ассемблер. Ассемблер всего-то переводит мнемоники в машинный код и заменяет именованные метки на адреса в памяти. Притом, первое несложно делается и вручную, по табличкам. А вот пересчитывать все метки при добавлении новых инструкций — занятие действительно не самое захватывающее. Его и хотелось бы автоматизировать в первую очередь.

Звучит как что-то, что решается в пару сотен строк на Python. Написать свой ассемблер 8080 на Python безусловно является привлекательной идеей для проекта, но наверняка это уже решенная кем-то задача. Я поискал, и нашел suite8080. Пакет включает в себя ассемблер asm80 и дизассемблер dis80.

Оказалось, что asm80 умеет все, что мне нужно, за исключением анонимных меток в стиле MASM. Это когда можно давать меткам имена @@ и ссылаться на следующую такую метку при помощи @F, а на предыдущую — при помощи @B. Анонимные метки позволяют не придумывать каждой метке свое уникальное имя. Я отправил pull request. Однако автор suite8080 сообщил, что больше не хочет заниматья проектом, и заархивировал репозиторий. Тогда был создан форк.

Чтобы при компиляции программы получался LVT файл, используем такой прием:

Прием я подсмотрел у Alemorf’а. Искра 1080 Тарту использует такой же формат хранения данных не ленте, что и Львов ПК-01. Значит, можно воспользоваться утилитой lvt2wav для получения WAV-файла из LVT (Lvov Tape). WAV-файл воспроизводится на компьютере и загружается Искрой, как если бы это были данные с ленты.

Для написания кода сойдет любой текстовый редактор. Я лично воспользовался Sublime Text. Практика показала, что подсветка синтаксиса для ассемблера 8080 не нужна. Но если очень хочется, то ее несложно добавить, воспользовавшись наработками из репозитория PDPy11. Вы можете помнить последний по заметке
Программируем на ассемблере под БК-0010-01.

Какими-либо эмуляторами-отладчиками я не пользовался. По моему скромному опыту, они не требуются.

Дополнение: Эмулятор для Искры 1080 Тарту существует. Он имеет некоторые шероховатости. В частности, программы в нем работают заметно быстрее, чем на реальном железе. Но в общем и целом, данный эмулятор весьма неплох.

Написание игры

Разрешение экрана в Искре составляет 384x256 пикселей. С пикселями можно работать индивидуально, но это неудобно, да и не особо эффективно. Было решено поделить пространство экрана на квадраты 16x16 пикселей. Получается 24 клетки по горизонтали и 16 клеток по вертикали, где в правом нижнем углу находится клетка (0,0), а в левом верхнем — (23,15). Игровая логика строится в координатах этих клеток.

Следующий код отвечает за рисование картинки (спрайта) в заданной клетке:

Картинки 16x16 были нарисованы в Gimp:

Я использовал сетку, нарисованную в отдельном слое. На скриншоте этот слой не показан. Затем каждое изображение 16x16 было сохранено в отдельном файле и сконвертированно в бинарный формат при помощи скрипта на Python. Код скрипта тривиален. Вы можете изучить его самостоятельно.

Fun fact! Не задумывались, почему красный цвет сочетается с бирюзовым? Потому что это комплементарные цвета, расположенные на противоположных сторонах цветового круга Иттена. Другими словами, красный (0xFF0000) — это инвертированный бирюзовый (0x00FFFF). Черный, белый и серый сочетаются со всеми цветами.

Убедившись, что картинки правильно отображаются по нужным координатам, можно двигаться дальше.

Ассемблер 8080 — это вам не x86/x64. Набор инструкций здесь крайне ограничен, как и количество доступных регистров. Что позволяет посмотреть на привычные алгоритмы в новом свете.

Так размер игрового поля был уменьшен до 14x18 клеток. Длина змейки при этом не может превышать 252 клетки. Для хранения X-координат и Y-координат тела змейки подойдет пара кольцевых буферов размером 256 байт. Если выровнять адреса буферов до 256 байт и расположить их последовательно, то код сильно упрощается. Например, вот процедура, проверяющая, был ли съеден фрукт во время текущего хода змейки:

То есть, мы можем использовать одну регистровую пару HL для указания на xs и ys одновременно. Нужен ys — говорим inr h. Снова нужен xs — делаем dcr h. Для обращения к i-му элементу буфера просто записываем индекс в регистр L. В современном коде не часто используется знание о размерах, выравнивании и относительном расположении объектов. Здесь же все это полезно и нужно.

Еще пример — как выбрать случайную клетку для расположения нового фрукта? Удачным решением оказалось сгенерировать случайные координаты заранее:

ГПСЧ превращается в два указателя на предварительно рассчитанные массивы с X-координатами и Y-координатами. (Можно было использовать и счетчик, но почему-то я выбрал указатели, и не нашел веских причин переписывать код.) Нужны координаты — просто берем из буферов и проверяем, принадлежат ли они змейке. Если нет, то возвращаем результат. Иначе пробуем следующие случайные координаты.

Алгоритм всегда находит решение, так как перебирает все клетки игрового поля, просто не по порядку. Координаты всегда принадлежат игровому полю, безо всяких лишних вычислений (помним, что в Intel 8080 нет остатка от деления). Отсутствуют такие артефакты, как склонность фруктов «прилипать» к змейке.

Соответствующий отрывок кода:

Это наиболее интересные моменты, на которых мне хотелось бы заострить внимание. Остальной код достаточно незатейлив. Вы можете ознакомиться с полной его версией самостоятельно.

Разработка игры заняла у меня около недели, при том, что писал я ее вечерами. Размер LVT файла составил 2877 байт. Загрузка программы занимает 59 секунд.

Заключение

Так выглядит законченная игра:

Змейка растет, поедая яблочки и вишенки. Каждые четыре съеденных фрукта скорость игры немного увеличивается. Если змейка сталкивается со стеной или сама с собой, игра завершается, и отображается количество набранных очков. Максимум в игре можно набрать 249 очков.

Писать игры на ассемблере — это увлекательное и творческое хобби. Я от души рекомендую его всем любителям поломать голову над интересной задачкой. Рабочую игру можно долго оптимизировать по быстродействию и/или размеру. Можно ли уместить «змейку», скажем, в 512 байт? Я не знаю. Заинтересованным читателям предлагается выяснить это в качестве упражнения.

Метки: Python, Ассемблер, Винтаж.