V9968: o VDP estendido do MSX 2++

1. O que muda em relacao ao V9938

O V9968 e um VDP compativel com o V9938/V9958, porem ampliado:

Recurso	V9938	V9968
VRAM	128 KB	256 KB
Paleta	16 cores de 3 bits/canal	ate 256 cores (EPAL) de 5 bits/canal
Blitter	copia, preenche, move	idem + LRMM (rotacao/escala), LFMC, LFMM
Registradores	ate R#46	+ R#47 a R#58 (vetores e janela de origem)
Sprites	modo 1 e 2	+ aproximacao do modo 3

Na pratica: voce ganha uma area de VRAM "fora da tela" enorme para guardar figuras, e um comando de hardware que desenha essas figuras giradas.

2. Declarando o alvo

Um programa que usa o chip precisa declarar a maquina no USES:

USES SCREEN 5, MACHINE V9968

Isso faz duas coisas: liga o bloco de runtime dos comandos V9968 e marca o binario como MSX2++, de modo que a IDE inicia a previa ja com o chip estendido ativo. Sem MACHINE V9968, os comandos abaixo nao compilam.

3. A familia de comandos

3.1 V9968 INIT

Prepara o chip: habilita a VRAM estendida, zera os registradores de vetor e janela e deixa o blitter pronto. Deve vir depois do SCREEN e antes de qualquer outro comando V9968.

SCREEN 5
CLS
V9968 INIT

3.2 V9968 PALETTE indice, r, g, b

Grava uma entrada da paleta estendida (EPAL). O indice vai de 0 a 255 e cada componente vai de 0 a 31 — quatro vezes mais tons por canal do que o PALETTE do V9938.

V9968 PALETTE 1, 31,  0,  0   ' vermelho saturado
V9968 PALETTE 2,  0, 31,  0   ' verde
V9968 PALETTE 3, 12, 12, 31   ' azul claro

3.3 V9968 FILL x, y, largura, altura, cor

Preenche um retangulo com uma cor solida, por hardware. O y pode passar de 255: e assim que voce alcanca a VRAM estendida, fora da area visivel.

V9968 FILL 0, 0, 256, 212, 4        ' fundo azul na tela
V9968 FILL 128, 256, 96, 96, 15     ' area de trabalho fora da tela

3.4 V9968 COPY xo, yo, xd, yd, largura, altura

Copia um retangulo de VRAM para outro ponto de VRAM. Origem e destino podem estar em paginas diferentes; e o caminho para levar um sprite grande, um tile ou um texto ja desenhado para dentro da figura de trabalho.

V9968 COPY 0, 216, 140, 290, 80, 8

3.5 V9968 WINDOW x0, y0, x1, y1

Define a janela de origem (R#51–R#58) usada pela rotacao. Tudo o que o comando de giro ler fora desse retangulo e considerado "vazio" e recebe a cor de fundo. Use a janela para cercar exatamente a figura que vai girar.

V9968 WINDOW 128, 256, 223, 351

3.6 V9968 ROTATE xd, yd, largura, altura, vx, vy, xo, yo [, cor]

O comando central do chip. Desenha no destino (xd, yd) um retangulo de largura x altura lendo a origem a partir de (xo, yo), avancando na origem pelo vetor (vx, vy) a cada pixel. Os vetores estao em ponto fixo 8.8: 256 equivale a um pixel inteiro.

• vx = 256, vy = 0 → copia sem girar.
• vx = 128, vy = 0 → dobra a figura na horizontal (zoom).
• vx = cos(a)*256, vy = sin(a)*256 → rotacao de a graus.

O nono argumento, opcional, e a cor de fundo (R#44) aplicada aos pixels do destino que caem fora da janela de origem. Sem ele o chip usa 0 (preto).

V9968 ROTATE 80, 58, 96, 96, VX, VY, SX, SY, 4

3.7 V9968 ROTATE ANGLE a, xd, yd, largura, altura [, cor]

A forma facil do giro. Em vez de vetores, voce informa apenas o angulo, de 0 a 255 (uma volta inteira; cada passo vale 1,40625 grau, e o sentido e horario). O runtime calcula seno e cosseno por tabela e posiciona a origem de modo que o centro da janela (definida por V9968 WINDOW) caia no centro do retangulo de destino — a figura gira no proprio eixo, sem escorregar.

V9968 WINDOW 128, 256, 223, 351
V9968 ROTATE ANGLE ANG, 80, 58, 96, 96, 4

3.8 V9968 ZOOM xo, yo, xd, yd, largura, altura, escala

Copia a figura mudando o tamanho, sem girar. A escala esta em ponto fixo 8.8 e diz quanto da origem e consumido por pixel do destino:

• 256 → 1:1;
• 128 → a figura aparece com o dobro do tamanho;
• 512 → metade do tamanho.

largura e altura sao as do destino.

V9968 ZOOM 128, 256, 0, 110, 96, 96, 512   ' reduz pela metade

3.8.1 V9968 ZOOM SEQ xo, yo, xd, yd, largura, altura, inicio, fim, passo [, cor]

Faz a animacao inteira sozinho: parte da escala inicio, caminha de passo em passo ate fim e desenha um quadro por etapa, sincronizando com o retraco vertical. Antes de cada quadro o retangulo de destino e apagado com cor (0 quando omitida), de modo que a figura nunca deixa rastro.

Como a escala esta invertida (menor = maior), 420 → 264 amplia e 264 → 420 reduz. Um par desses comandos dentro de um WHILE produz uma pulsacao continua:

WHILE 1 = 1
  V9968 ZOOM SEQ 128, 256, 96, 74, 64, 64, 420, 264, 12, 1
  V9968 ZOOM SEQ 128, 256, 96, 74, 64, 64, 264, 420, 8, 1
WEND

3.9 V9968 FLIP H | V, xo, yo, xd, yd, largura, altura

Espelha o retangulo na horizontal (H) ou na vertical (V). O comando usa o blitter em fatias (colunas para H, linhas para V), entao figuras grandes custam mais de um quadro.

V9968 FLIP H, 128, 256, 0, 0, 96, 96
V9968 FLIP V, 128, 256, 160, 0, 96, 96

3.10 V9968 LOGIC IMP | AND | OR | EOR | NOT | TIMP | TAND | TOR | TEOR

Define a operacao logica aplicada a partir dali por FILL, COPY, ROTATE e ZOOM. O estado e persistente: vale ate o proximo V9968 LOGIC ou V9968 INIT (que volta para IMP). Os modos com T na frente sao transparentes — a cor 0 da origem nao e escrita.

V9968 LOGIC TOR     ' desenha por cima preservando o fundo
V9968 COPY 128, 256, 0, 0, 96, 96
V9968 LOGIC IMP     ' volta ao normal

3.11 V9968 SCROLL x, y

Rolagem por hardware: x desloca a imagem para a esquerda em pixels (0..255, com volta ao inicio dentro da propria pagina) e y desloca a origem vertical da tela. Nao copia VRAM nenhuma — apenas escreve os registros R#26/R#27 (horizontal) e R#23 (vertical), entao o custo e o mesmo a cada quadro, independente do tamanho da area visivel.

Padrao de uso: desenhe a coluna nova na posicao x e, em seguida, mande a tela andar ate ali. Como a pagina tem 256 pixels de largura, o buffer funciona como um anel.

X = 0
WHILE 1 = 1
  V9968 FILL X, 48, 8, 96, 0     ' abre a coluna nova
  V9968 FILL X, 100, 8, 4, 11    ' desenha o dado do quadro
  X = X + 8
  V9968 SCROLL X, 0
  WAIT
WEND

Para rolagem vertical use o segundo argumento; V9968 SCROLL 0, 0 volta a tela para a posicao original.

3.11 V9968 WAIT

Aguarda o blitter terminar. Os comandos ja sincronizam entre si, mas use V9968 WAIT antes de ler a VRAM com VPEEK ou antes de trocar de pagina.

4. Programa completo: figura girando com texto embutido

O exemplo V9968 Comandos CSX da IDE monta uma figura listrada numa area fora da tela, escreve texto dentro dela com BPRINT + V9968 COPY, e a gira continuamente:

USES SCREEN 5, MACHINE V9968, BPRINT

DIM ANG AS BYTE
DIM I   AS BYTE

VAR TVX: ARRAY(32) OF WORD = (
  256, 251, 237, 213, 181, 142, 98, 50,
  0, 65486, 65438, 65394, 65355, 65323, 65299, 65285,
  65280, 65285, 65299, 65323, 65355, 65394, 65438, 65486,
  0, 50, 98, 142, 181, 213, 237, 251
)
VAR TVY: ARRAY(32) OF WORD = (
  0, 65486, 65438, 65394, 65355, 65323, 65299, 65285,
  65280, 65285, 65299, 65323, 65355, 65394, 65438, 65486,
  0, 50, 98, 142, 181, 213, 237, 251,
  256, 251, 237, 213, 181, 142, 98, 50
)
VAR TSX: ARRAY(32) OF WORD = (
  112, 101, 92, 87, 85, 87, 92, 101,
  112, 126, 141, 158, 176, 194, 211, 226,
  240, 251, 260, 265, 267, 265, 260, 251,
  240, 226, 211, 194, 176, 158, 141, 126
)
VAR TSY: ARRAY(32) OF WORD = (
  240, 254, 269, 286, 304, 322, 339, 354,
  368, 379, 388, 393, 395, 393, 388, 379,
  368, 354, 339, 322, 304, 286, 269, 254,
  240, 229, 220, 215, 213, 215, 220, 229
)

SCREEN 5
COLOR 15, 4, 4
CLS
V9968 INIT

V9968 PALETTE 1, 31, 0, 0
V9968 FILL 128, 256, 96, 96, 4
FOR I = 0 TO 5
  V9968 FILL 128 + I * 16, 272, 16, 64, 9 + I
NEXT I

BPRINT SIZE 1
BPRINT 16, 27, "MSX BRASIL", 15, 4
V9968 COPY 128, 216, 144, 296, 80, 8

V9968 WINDOW 128, 256, 223, 351
ANG = 0
WHILE 1
  V9968 ROTATE 80, 58, 96, 96, TVX(ANG), TVY(ANG), TSX(ANG), TSY(ANG), 4
  ANG = (ANG + 1) AND 31
  WAIT
WEND

Valores em TVX/TVY acima de 32767 sao negativos em complemento de dois: 65486 e -50, 65280 e -256. E assim que a figura passa dos 90 graus.

4.5 Paleta: carga em bloco, fade e ciclagem

O V9968 guarda 256 cores (EPAL) com 5 bits por canal. Alem do V9968 PALETTE indice, r, g, b, que troca uma cor de cada vez, a CSX oferece tres comandos de conjunto. Todos trabalham sobre uma copia da paleta mantida em RAM (64 entradas), o que permite escurecer e restaurar sem perder os valores originais.

V9968 PALETTE LOAD tabela, inicio, quantidade

Carrega varias cores de uma vez. tabela e o nome de um ARRAY OF BYTE com trincas r, g, b (0..31 por canal), ou um endereco de RAM.

VAR PAL: ARRAY(48) OF BYTE = (
   0,  0,  0,   4,  0,  8,   8,  0, 14,  12,  0, 20,
  16,  0, 24,  20,  2, 28,  24,  6, 31,  28, 12, 31,
  31, 18, 28,  31, 24, 20,  31, 28, 12,  28, 31,  6,
  20, 31,  4,  12, 28,  8,   6, 20, 14,   2, 10, 10
)

V9968 PALETTE LOAD PAL, 0, 16

V9968 FADE inicio, fim, passo

Varia o brilho de toda a paleta de inicio ate fim, um quadro por passo. O nivel vai de 0 (preto) a 16 (cor original). O comando so retorna quando a animacao termina.

V9968 FADE 0, 16, 1     ' fade-in
V9968 FADE 16, 0, 1     ' fade-out

V9968 CYCLE inicio, fim

Gira circularmente as cores da faixa indicada — cada chamada avanca uma posicao. E o truque classico de agua corrente, fogo e estrelas piscando: a imagem nao e redesenhada, so a paleta muda.

WHILE 1 = 1
  V9968 CYCLE 1, 15
  WAIT
WEND

Exemplo completo na IDE: V9968 Paleta: fade e cycle.

4b. Paginas, memoria e imagens

A VRAM estendida do V9968 comporta varias telas de 256x256 empilhadas. Os comandos abaixo tratam cada uma delas como uma pagina.

V9968 PAGE n e V9968 SHOW n

PAGE escolhe a pagina em que os comandos desenham (o Y de FILL, COPY, ROTATE, LOAD e SAVE passa a ser contado dentro dela). SHOW escolhe a pagina que aparece na tela. Usando as duas juntas voce desenha escondido e troca de pagina pronta — o classico page flip, sem tremidas.

V9968 PAGE 1        ' desenha na pagina 1
V9968 FILL 0, 0, 256, 212, 4
V9968 SHOW 1        ' agora ela aparece

V9968 CLEAR pagina, cor

Pinta uma pagina inteira (256x256) de uma vez, independentemente da pagina de trabalho corrente. Nas SCREEN 5, 6, 7 e 8 usa o preenchimento por byte (HMMV), bem mais rapido; mesmo assim, limpar a pagina toda custa varios quadros para o chip de video. Em animacoes, prefira apagar so o que mudou.

V9968 CLEAR 0, 4    ' pagina 0 toda azul

V9968 MOVE xo, yo, xd, yd, larg, alt [, cor]

Copia o bloco e apaga a origem com a cor indicada (0 por omissao). E o COPY com faxina embutida, util para mover um objeto sem deixar rastro.

V9968 MOVE 10, 10, 80, 60, 16, 16, 4

V9968 LOAD endereco, x, y, larg, alt

Envia uma imagem da RAM direto para a VRAM estendida. Cada byte guarda dois pixels (nibble alto = pixel da esquerda), entao a largura deve ser par.

VAR SPR: ARRAY(32) OF BYTE = ( ... )
V9968 LOAD SPR, 8, 100, 8, 8

V9968 SAVE x, y, larg, alt, endereco

O caminho inverso: captura um retangulo da VRAM para um ARRAY OF BYTE, tambem com dois pixels por byte. Serve para guardar o fundo antes de desenhar por cima e restaura-lo depois com LOAD.

VAR BUF: ARRAY(32) OF BYTE
V9968 SAVE 8, 100, 8, 8, BUF

Exemplo completo na IDE: V9968 Paginas: page flip e LOAD/SAVE.

4c. Desenho direto na VRAM estendida

Alem dos blocos, o V9968 desenha primitivas por hardware. Todas respeitam a pagina de trabalho definida por V9968 PAGE e o modo logico de V9968 LOGIC.

V9968 PSET x, y, cor

Acende um unico pixel.

V9968 PSET 128, 90, 15

V9968 POINT x, y, variavel

Le a cor do pixel e guarda na variavel indicada.

VAR C: BYTE
V9968 POINT 128, 90, C
PRINT C

V9968 LINE x0, y0, x1, y1, cor

Traca uma reta entre os dois pontos usando o comando LINE do VDP (o Z80 so calcula a direcao e o lado maior; o desenho e todo do hardware).

V9968 LINE 0, 0, 255, 180, 7

V9968 BOX x, y, larg, alt, cor [, FILL]

Retangulo de contorno; com FILL no final, preenchido.

V9968 BOX 20, 20, 100, 60, 15
V9968 BOX 40, 40, 30, 20, 8, FILL

V9968 CIRCLE x, y, raio, cor

Circunferencia pelo algoritmo do ponto medio, plotando os oito pontos simetricos a cada passo. Pontos com coordenada negativa sao descartados.

V9968 CIRCLE 128, 100, 40, 6

Exemplo completo: V9968 Desenho: linha, caixa e circulo na lista da IDE.

5. Limites da versao atual

• No sprite mode 3 ainda faltam o aviso de colisao, o aviso de excesso por linha e as telas largas (SCREEN 6 e 7).
• O BPRINT alcanca apenas Y = 0..255; para escrever na VRAM estendida, escreva numa faixa baixa e traga o resultado com V9968 COPY.
• LFMC e LFMM existem no runtime mas ainda nao tem comando CSX proprio.

Sprites modo 3, interrupção de linha e detecção do chip

V9968 DETECT ok                     ' ok = 1 quando o chip é o V9968
V9968 SPRITE MODE 3                 ' sprite mode 3 + 16 sprites por linha (0 volta ao normal)
V9968 SPRITE SHEET 1                ' pagina 1 = folha de desenhos dos sprites
V9968 SPRITE PUT 0, x, y, 0, 32, 32, 0  ' plano, X, Y, desenho, largura, altura, atributo
V9968 SPRITE END 4                  ' planos 4 em diante nao aparecem
V9968 INTERRUPT 106 GOSUB Meio      ' chama Meio quando o feixe chega à linha 106
V9968 INTERRUPT OFF                 ' desliga a interrupção de linha

• DETECT lê o registrador de estado S#1 e devolve 1 só no V9968; em um MSX2 comum devolve 0, então o mesmo programa pode escolher outro caminho.
• Sprite mode 3 segue o formato do chip real: até 64 planos, 16 por linha, e cada ponto do desenho tem sua própria cor (16 cores, como em SCREEN 5). Funciona sobre qualquer modo de tela. Os comandos SPRITE/SPRITECREATE comuns não servem nesse modo.
• SPRITE SHEET página escolhe a página da memória de vídeo que guarda os desenhos. Ela é organizada como uma tela SCREEN 5: o desenho n fica na coluna (n AND 15) * 16 e na linha (n SHR 4) * 16, com 16×16 pontos. Desenhe nela com V9968 PAGE, BOX, CIRCLE, LOAD etc. A cor 0 é transparente.
• SPRITE PUT plano, x, y, desenho, largura, altura, atributo posiciona um plano (0 a 63). X e Y vão até 1023. Largura e altura são o tamanho na tela: o chip amplia ou reduz o desenho de 16×16 até caber (altura 0 = 256; largura 0 esconde o plano). Atributo: bits 0–3 escolhem o conjunto de 16 cores da paleta de 256 (0 = cores normais), bit 4 espelha na horizontal, bit 5 na vertical, bits 6–7 dão transparência de 25%, 50% ou 75% ($40, $80, $C0).
• SPRITE END plano encerra a lista: esse plano e os seguintes não são desenhados. Use sempre após o último plano usado.
• O antigo SPRITE COLOR foi retirado, porque o chip real não tem tabela de cor por linha nesse modo.
• INTERRUPT chama a rotina no meio do quadro, a cada quadro. A rotina deve ser curta e terminar com RETURN. É o recurso usado para dividir a tela, trocando cor, rolagem ou paleta a partir de uma linha.

GEO3D: figuras 3D desenhadas pelo coprocessador

O GEO3D é um coprocessador 3D criado por Alex Moncks. Ele não faz parte do V9968 oficial, mas usa o mesmo cartucho. O programa manda o modelo uma vez só. A cada quadro, basta mandar o ângulo: o GEO3D gira os pontos, corta as linhas na borda da tela e desenha tudo com o comando LINE do V9968.

Comando	O que faz
GEO3D INIT	Prepara a câmera para SCREEN 5 e a cor 15
GEO3D MODEL pontos, np, arestas, na	Envia o modelo: pontos é um ARRAY OF WORD com x, y, z de cada ponto; arestas é um ARRAY OF BYTE com pares de pontos
GEO3D ROTATE ax, ay	Gira o modelo (0 a 255 dá uma volta inteira)
GEO3D MOVE tx, ty, tz	Desloca o modelo; tz maior deixa a figura mais longe
GEO3D COLOR cor	Cor das linhas
GEO3D LOGIC op	Operação lógica das linhas: IMP (normal), AND, OR, XOR, NOT ou um número de 0 a 15
GEO3D RUN	Desenha na página escolhida por V9968 PAGE e espera terminar

Exige USES MACHINE V9968. O exemplo “GEO3D Cubo 3D girando” mostra um cubo girando com troca de páginas: desenha na página escondida e depois a mostra com V9968 SHOW.

Velocidade. Quem desenha as linhas e o chip de video, nao o processador. Por isso, no cubo de exemplo, apagar a pagina inteira a cada quadro deixava a animacao em uns 3 quadros por segundo em qualquer velocidade de processador. O exemplo agora apaga so o cubo anterior, redesenhando-o com GEO3D COLOR 0 (os mesmos angulos geram exatamente as mesmas linhas), e chega a 60 quadros por segundo ja no clock normal. Um processador mais rapido so faz diferenca quando o trabalho do processador por quadro nao cabe no tempo de um quadro.

Desenhar e apagar com XOR. Apagar redesenhando na cor do fundo só funciona com fundo liso. Sobre um cenário, use GEO3D LOGIC XOR: cada ponto da linha troca de cor ao ser desenhado e volta à cor original quando a mesma linha é desenhada de novo. Basta repetir o cubo antigo (mesmos ângulos) para apagá-lo, sem conhecer a cor de nada que está por baixo. O Geo3D original já tem esse registrador de operação lógica (0x45); o comando só o preenche.

Dois detalhes: a cor que aparece é a mistura (XOR) da cor da linha com o fundo, então muda conforme o que está atrás; e os cantos onde duas arestas se encontram são desenhados duas vezes e podem sumir. Veja o exemplo “GEO3D Cubo XOR sobre cenario”.

CPU R800 — mais velocidade no Turbo R

CPU R800 liga o processador R800 do MSX Turbo R (e CPU Z80 volta ao Z80). Em máquinas sem Turbo R (MSX 1, 2 e 2+) o comando é ignorado, então o mesmo programa roda em qualquer máquina.

Chame CPU R800 antes de GEO3D INIT: o INIT verifica se é um Turbo R com o R800 ligado e, só nesse caso, o GEO3D ROTATE passa a usar a multiplicação por hardware do R800 (instrução MULUW). Nas outras máquinas a multiplicação continua sendo feita em software pelo Z80, exatamente como antes.

CPU R800        ' no Turbo R: R800; nas outras: nada muda
GEO3D INIT      ' detecta o R800 e escolhe a multiplicacao