my6502

NES 模拟器项目状态

最后更新: 2025-11-30
项目阶段: 核心功能完成，准备游戏测试

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📊 总体进度

阶段 1: 硬件设计         ████████████ 100%
阶段 2: CPU 实现         ████████████ 100%
阶段 3: PPU 基础         ████████████ 100%
阶段 4: APU 基础         ████████████ 100%
阶段 5: 系统集成         ████████████ 100%
阶段 6: 单元测试         ████████████ 100%
阶段 7: 游戏测试         ░░░░░░░░░░░░   0% ← 当前位置
阶段 8: PPU 完善         ░░░░░░░░░░░░   0%
阶段 9: APU 完善         ░░░░░░░░░░░░   0%
阶段 10: 优化调试        ░░░░░░░░░░░░   0%

整体完成度: 60%

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✅ 已完成功能

1. CPU (6502) - 100% 完成

指令集实现

• 覆盖率: 151/151 条官方指令 (100%)
• 指令类别:
  • ✅ 数据传输 (LDA, LDX, LDY, STA, STX, STY, TAX, TAY, TXA, TYA, TSX, TXS)
  • ✅ 算术运算 (ADC, SBC, INC, DEC, INX, INY, DEX, DEY)
  • ✅ 逻辑运算 (AND, ORA, EOR, BIT)
  • ✅ 移位旋转 (ASL, LSR, ROL, ROR)
  • ✅ 比较指令 (CMP, CPX, CPY)
  • ✅ 分支指令 (BCC, BCS, BEQ, BNE, BMI, BPL, BVC, BVS)
  • ✅ 跳转调用 (JMP, JSR, RTS, RTI)
  • ✅ 栈操作 (PHA, PLA, PHP, PLP)
  • ✅ 标志位操作 (CLC, SEC, CLI, SEI, CLV, CLD, SED)
  • ✅ 系统控制 (NOP, BRK)

寻址模式

• ✅ 隐含寻址 (Implied)
• ✅ 累加器寻址 (Accumulator)
• ✅ 立即数寻址 (Immediate)
• ✅ 零页寻址 (Zero Page)
• ✅ 零页索引 (Zero Page,X / Zero Page,Y)
• ✅ 绝对寻址 (Absolute)
• ✅ 绝对索引 (Absolute,X / Absolute,Y)
• ✅ 间接寻址 (Indirect)
• ✅ 索引间接 (Indexed Indirect - (ind,X))
• ✅ 间接索引 (Indirect Indexed - (ind),Y)
• ✅ 相对寻址 (Relative)

中断处理

• ✅ NMI (Non-Maskable Interrupt)
• ✅ 中断向量支持
• ✅ 状态保存/恢复

状态机

• ✅ RESET 状态
• ✅ FETCH 状态
• ✅ DECODE 状态
• ✅ EXECUTE 状态
• ✅ MEMORY 状态
• ✅ WRITEBACK 状态
• ✅ NMI_HANDLER 状态

2. PPU (Picture Processing Unit) - 基础完成

核心功能

• ✅ 扫描线计数器 (262 条扫描线)
• ✅ 像素点计数器 (341 个周期/扫描线)
• ✅ VBlank 信号生成 (扫描线 241)
• ✅ VBlank 标志保持 (200 CPU 周期)
• ✅ 时钟域同步

寄存器接口

• ✅ $2000 - PPUCTRL (控制寄存器)
• ✅ $2001 - PPUMASK (掩码寄存器)
• ✅ $2002 - PPUSTATUS (状态寄存器)
• ✅ $2003 - OAMADDR (OAM 地址)
• ✅ $2004 - OAMDATA (OAM 数据)
• ✅ $2005 - PPUSCROLL (滚动位置)
• ✅ $2006 - PPUADDR (PPU 地址)
• ✅ $2007 - PPUDATA (PPU 数据)

渲染功能

• ✅ 基础渲染管线
• ✅ 帧缓冲输出 (256x240)
• ⚠️ 图块渲染 (部分实现)
• ⚠️ 精灵渲染 (部分实现)
• ❌ 背景滚动 (未实现)
• ❌ 精灵优先级 (未实现)

3. APU (Audio Processing Unit) - 基础完成

音频通道

• ✅ 脉冲波通道 1 (占空比: 12.5%, 25%, 50%, 75%)
• ✅ 脉冲波通道 2
• ⚠️ 三角波通道 (部分实现)
• ❌ 噪声通道 (未实现)
• ❌ DMC 通道 (未实现)

音频输出

• ✅ 16-bit 立体声输出
• ✅ 44.1kHz 采样率
• ✅ 定时器/序列器
• ❌ 包络发生器 (未实现)
• ❌ 扫描单元 (未实现)
• ❌ 长度计数器 (未实现)

4. DMA (Direct Memory Access) - 完成

• ✅ OAM DMA 传输 ($4014)
• ✅ 256 字节批量传输
• ✅ CPU 暂停机制

5. 系统集成 - 完成

• ✅ NES 系统模块 (nes_system.sv)
• ✅ 组件互连
• ✅ 内存映射
• ✅ 时钟分频 (CPU: ÷8, PPU: ÷4)
• ✅ ROM 加载 (iNES 格式)

6. 测试工具 - 完成

单元测试

• ✅ test_cpu.sv - CPU 指令测试
• ✅ test_ppu.sv - PPU 寄存器测试
• ✅ test_apu.sv - APU 音频测试
• ✅ test_dma.sv - DMA 传输测试
• ✅ nmi_test.sv - NMI 中断测试
• ✅ ppu_render_test.sv - PPU 渲染测试

测试结果: 6/6 通过 ✅

开发工具

• ✅ 帧捕获工具 (nes_capture_tb.cpp)
  • PPM 格式导出
  • 可配置采样间隔
  • PNG 转换脚本
• ✅ SDL2 GUI 模拟器 (nes_gui_audio_tb.cpp)
  • 实时视频显示 (768x720)
  • 音频播放 (44.1kHz)
  • FPS 计数器
• ✅ 指令覆盖率分析 (check_cpu_instructions.py)
  • 按类别统计
  • 缺失指令识别

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🔧 技术栈

硬件描述

• 语言: SystemVerilog
• 仿真器: Verilator 5.042
• 构建系统: Make

测试框架

• C++ 测试台: Verilator C++ API
• 图形库: SDL2
• 脚本: Python 3, Bash

开发环境

• 操作系统: macOS
• 编译器: Clang/LLVM

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📁 项目结构

my6502/
├── src/
│   ├── main/
│   │   └── rtl/
│   │       ├── cpu_6502.sv          # CPU 核心
│   │       ├── nes_ppu.sv           # PPU 核心
│   │       ├── nes_apu.sv           # APU 核心
│   │       ├── nes_dma.sv           # DMA 控制器
│   │       └── nes_system.sv        # 系统集成
│   └── test/
│       ├── rtl/
│       │   ├── unit/                # 单元测试
│       │   ├── nes_capture_tb.cpp   # 帧捕获工具
│       │   └── nes_gui_audio_tb.cpp # GUI 模拟器
│       └── tools/
│           └── check_cpu_instructions.py
├── docs/
│   ├── PROJECT_STATUS.md            # 本文档
│   └── instruction_dependency_tree.txt
└── roms/                            # 游戏 ROM 文件

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🐛 已知问题

1. PPU 渲染问题 (优先级: 高)

现象: 帧捕获输出单色画面 RGB(84,84,84)

可能原因:

• 图块数据读取未实现
• 调色板映射缺失
• 渲染管线不完整

影响: 无法显示游戏画面

状态: 待修复

2. APU 音频不完整 (优先级: 中)

缺失功能:

• 三角波通道完整实现
• 噪声通道
• DMC 采样通道
• 包络/扫描/长度计数器

影响: 音频质量不完整

状态: 基础功能可用

3. 游戏兼容性未验证 (优先级: 高)

现状:

• CPU 指令集已完整 (100%)
• 之前游戏卡在初始化循环
• 根因已修复，但未重新测试

需要验证:

• 游戏是否能正常启动
• 游戏逻辑是否正确执行
• 渲染输出是否正常

状态: 待测试

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📝 开发历史

2025-11-30

• ✅ 完成 CPU 指令集 (62.3% → 100%)
• ✅ 实现 57 个缺失指令
  • BIT, INC/DEC 内存操作
  • ROL/ROR 循环移位
  • AND/ORA/EOR 所有寻址模式
  • LSR/ASL 内存操作
  • CMP/CPX/CPY 变体
  • 间接寻址模式
• ✅ 扩展 CPU 单元测试
• ✅ 所有单元测试通过 (6/6)
• ✅ 创建指令依赖树文档
• ✅ 创建项目状态文档

之前的工作

• ✅ 实现 NES 系统架构
• ✅ 实现 CPU 基础指令集
• ✅ 实现 PPU 基础功能
• ✅ 实现 APU 脉冲波通道
• ✅ 创建帧捕获工具
• ✅ 创建 SDL2 GUI 模拟器
• ✅ 添加音频支持
• ✅ 分析 VBlank 时序问题
• ✅ 创建指令覆盖率分析工具

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🎯 下一步计划

短期目标 (1-2 天)

1. 游戏测试 (最高优先级)

   cd src/test/rtl
   make gui_audio
   ./obj_dir/Vnes_gui_audio
   

   • 验证游戏是否能启动
   • 检查 CPU 执行是否正常
   • 分析渲染输出
2. PPU 渲染修复
   • 实现图块数据读取
   • 实现调色板映射
   • 验证背景渲染
3. 调试工具增强
   • 添加 CPU 指令跟踪
   • 添加 PPU 状态监控
   • 添加内存访问日志

中期目标 (1-2 周)

1. PPU 完善
   • 精灵渲染
   • 背景滚动
   • 精灵优先级
   • 精灵 0 碰撞检测
2. APU 完善
   • 三角波通道
   • 噪声通道
   • DMC 通道
   • 包络/扫描/长度计数器
3. 游戏兼容性
   • 测试多个游戏
   • 修复兼容性问题
   • 建立游戏兼容性列表

长期目标 (1 个月+)

1. 性能优化
   • 流水线优化
   • 时序优化
   • 资源使用优化
2. 功能扩展
   • Mapper 支持 (MMC1, MMC3 等)
   • 存档功能
   • 作弊码支持
   • 录像回放
3. FPGA 移植
   • 综合测试
   • 时序约束
   • 硬件验证

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📊 代码统计

RTL 代码

• cpu_6502.sv: ~950 行
• nes_ppu.sv: ~400 行
• nes_apu.sv: ~200 行
• nes_dma.sv: ~100 行
• nes_system.sv: ~300 行

总计: ~2000 行 SystemVerilog

测试代码

• 单元测试: ~500 行
• C++ 测试台: ~800 行
• Python 工具: ~200 行

总计: ~1500 行测试代码

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🤝 贡献指南

开发流程

1. 修改 RTL 代码
2. 运行单元测试: make all
3. 运行 GUI 测试: make gui_audio
4. 提交代码

测试要求

• 所有单元测试必须通过
• 新功能需要添加测试
• 修复 bug 需要添加回归测试

代码规范

• SystemVerilog 使用 4 空格缩进
• 信号命名使用下划线分隔
• 添加必要的注释

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📚 参考资料

6502 CPU

• 6502 Instruction Reference
• 6502 Programming Manual

NES 架构

• NESDev Wiki
• NES Reference Guide

PPU

• PPU Rendering
• PPU Registers

APU

• APU Reference
• APU Frame Counter

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📞 联系方式

项目维护者: tongxiaojun
最后更新: 2025-11-30

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项目状态: 🟡 开发中 - 核心功能完成，准备游戏测试