Zigでゲームボーイエミュレーターをつくる

先日のChip-8 に続き、Zigでゲームボーイのエミュレーターを作ってみました。

スプライトやAPUのないChip-8に比べるとはるかに難しくていろいろつまづいた結果、完成まで2週間ちょっとかかってしまいました。なかなか解決策が見つからなかったものもあるので、後続のためにもどうやって解決したかを書いていこうと思います。

ソースコードは毎度のごとく GitHub で公開しています。

参考にした情報とか
つまったところ
ゲームを動かしている様子

参考にした情報とか

The Ultimate Game Boy Talk

ゲームボーイの仕様について1時間でざっとまとめられています。最初に見て概観をつかむのにおすすめです。

Game Boy: Complete Technical Reference

PDFへのリンク

Pan Docs に「エミュレーター開発者はこっちもおすすめだよ」って書いてあったので、CPUの実装まではここを参考にしていました。ただ、間違いや欠けている部分がちょくちょくあるのでそのあたりは RGBDS で確認が必要でした。

gb-docs-ja

GitHubのリポジトリへのリンク

貴重な日本語のドキュメントです。

IOレジスタの仕様や各チップの動作を確認するのにぴったりだと思います。

Game Boy Sound Emulation | NightShade’s blog

ブログへのリンク

APUの細かい挙動が書かれたブログです。

APUは実装が難しいのか、サウンドが未実装のエミュレーターは多いみたいです。私もグラフィック周りが完成した時はもう終わりでいいかなと思いかけました。
が、昔のゲーム機ならではのピコピコ音が鳴った瞬間はかなりじ〜んと来ますので、ぜひとも実装することをおすすめしますよ！

テストロムたち

BlarggのテストROM や dmg-acid2 で動作を確認することで実装があっているか自信をもって進められました。

Blarggのcpu_instrsテストは Gameboy Doctor というツールを使うことで非常に簡単にデバックできるのでおすすめ。

つまったところ

DAA命令の仕様がZ80とは違う

以前Z80について色々調べていたこともあり、「ゲームボーイのCPUはカスタムZ80って聞いたことあるし同じだろう」と思って実装したら全然違いました。

flag0x06 = flagH or ((A & 0xF) > 9);
flag0x60 = flagC or (A > 0x99);

if (!flagN) {
    // 加算
    if (flag0x06) A +%= 0x06;
    if (flag0x60) A +%= 0x60;
    flagC = flag0x60;
} else {
    // 減算
    if (flagH) A -%= 0x06;
    if (flagC) A -%= 0x60;
    flagC = flagC;
}

flagH = 0;
flagZ = (A == 0);

コードっぽく書くとこんな感じ。ハーフキャリーと、減算時のキャリーの挙動が違います。

ちなみに ゲームボーイのCPUとZ80は普通に別物 です。レジスタから命令の種類から必要クロック数に至るまで全然違います。