FPGA でゲーム機を作ろう（その４）
2019年，最初の記事です。今年もいろんなことにチャレンジしていきたいと思います。
さて，前回は，スクロール BG 画面を作り，画面をスクロールするところまで作りました。
今回は，以下の項目を一気に実装していきます。
- Z80-CPU
- DCSG（SN76489）
- BG の重ねあわせ
- カラーパレット
Z80-CPU
CPU コアは，既存のものを使わせてもらいました。Z80 の IP コアでは比較的有名な「T80」というコアです。
1ChipMSX でも使われていますね。
ユニバーサル基板で手配線した時と同じように，各バスとコントロール信号をHDL 上でデバイスにつなげていきます。
デバイスへのアドレスのデコードは，ロジック IC で作ると，何段かにカスケードして，それぞれのデバイスに接続していくんですが，HDL は，とても簡潔に記述することができて，とても楽です。
また，CPU を動かすことになるので，プログラム用の ROM と RAM も必要です。
これらは，統合環境の Quartus Prime に，FPGA オンチップメモリを使う IP がありますので，それを使い，ROM には，オリジナルの ROM イメージを格納しておきます。
DCSG
音源チップです。
これも，いろいろなコンソールマシンや，アーケードゲームに使われているので，それらでも使用されている既存の IP コアを使わせてもらいました。
そのソースを見るとわかるのですが，矩形波音源は，実は意外と単純な構造になっていることがわかります。
Mr.DO! には，この音源が 2 つ搭載されていますが，これもインスタンスを 2つ記述してそれぞれバスに接続してやります。
BG の重ねあわせ
手配線で作った時は，表示のプライオリティコントロールも実装していました。
CPU からレジスタに値を書き込むことによって，それぞれの BG とスプライトの表示優先順位を変更することができます。
ただ，この Mr.DO! ですが，実は，表示の優先順位は固定されているんです。常に
スプライト > 固定 BG > スクロール BG
となっています。
ですので，今回は，この優先順位変更機能は端折ることにしました。
カラーパレット
オリジナルの基板は，パレットの PROM 出力からフリップフロップを経由して，抵抗とダイオードとトランジスタでアナログに変換して RGB 信号を生成しています。
FPGA ボードの RGB 出力は最終的に抵抗の DAC でアナログ出力していますが，その前段階は，それぞれ 4bit のデジタル信号です。
今回は，PROM のデータからアナログ変換している部分を加味したデータを予めコンバートして生成し，それを PROM の出力とするようにしました。
動作確認
以上の項目を実装すると，スプライト表示を除いて，実機と同等の機能になるはずです。
ちょっと音が小さいかもしれません…。
概ね，実機の通りに動いていますが，なぜか，穴を掘ると，掘った通路のキャラが化ける時があります。
原因はまだわかりませんが，こういうのが一番イヤなんですよね…（笑）。
さて，残すはスプライト表示です。キャラ化けの不具合も気になるのですが，まずは，全体の実装を優先して行きたいと思います。
