OSC2016 Hiroshima PSG tunes on NetBSD luna68k again

OSC2016広島のNetBSDセミナーで発表した『NetBSD/luna68kで「PSG音源の調べ」ふたたび』のスライドです。

Transcript

1. NetBSD/luna68kで 「PSG音源の調べ」 ふたたび オープンソース カンファレンス2016広島 ルナ＠広島 ご当地ソングデモ Izumi Tsutsui tsutsui@NetBSD.org Twitter: @tsutsuii
2. LUNAとは  よしだともこ先生のブロクより LUNAというのは、1980年代から1990年代 の初めごろにかけて、京都に本社を持つ オムロン株式会社が発売していた、 UNIXワークステーションの名前です （その当時、私はこの会社のUNIXワークス 　テーション開発部門で働いていました） http://notredameningen.kyo2.jp/e422862.html
3. 過去のLUNA＠広島  2013年 サテライト キャンパス ひろしま 初年度 https://twitter.com/moveccr/status/386697554529771520
4. Twitter TL on LUNA-II  mlterm-fb + tw rubygem
5. OSC2015広島にて 「今回は LUNAが見られなくて 残念でした」 えーと、なんかすいません
6. そういえばルナと言えば https://twitter.com/tsutsuii/status/398686477023858688 ＠KOF2013
7. 2015年 シーズンオフ https://twitter.com/ebijun/status/677990635211587584
8. 2016年の OSC広島には なんとかして LUNAを持ち込ま なければ……
9. と、 思っていたの ですが
10. 2016年 11月23日 https://twitter.com/carp_News24/status/801662159012831232
11. (´・ω・｀) ありがとう、ルナ
12. とりあえずネタは仕込みました https://twitter.com/tsutsuii/status/800362729458413568 「みくった〜♪」
13. • いわゆるピコピコ音 × 3和音 • 元はアーケードゲーム用 • イメージとしてはファミコンの 音が近いです （※ファミコンの音源とPSGとは微妙に違います） PSG音源とは
14. • NEC PC-6001/mkII • SHARP X1シリーズ • 富士通 FM-7/FM-77シリーズ • MSX • SHARP MZ-5500 だいたい ’80年代前半のマシン。 85年以降は FM音源チップ搭載機が主流に PSG音源を搭載したマシン 出典: https://ja.wikipedia.org/wiki/Programmable_Sound_Generator
15. PC-6001内のPSG音源IC
16. MOSAIC.WAV アルバム 「電気の恋人」の歌詞より 「PSGでやっと3和音 　それでも感動してた あの頃〜♪」 https://www.amazon.co.jp/dp/B00569BHDY
17. いわゆる おっ◯んホイホイ https://twitter.com/isaki68k/status/802177405582327808
18. 「チップチューン」として 最近(?)見直されています
19. PSG 3和音での楽曲  ボカロとかより簡単です • 1音目：メインメロディ • 2音目：バッキング （副旋律） • 3音目：ベース or ドラム ノイズを使ったリズムとかもできますが そのへんの細かい技は慣れてから徐々に
20. 最近は PC-6001の PSGで遊んでました http://www.nicovideo.jp/watch/sm29263535 http://www.nicovideo.jp/watch/sm29939586
21. LUNAとPSG音源  OMRON TECHNICS Vol.29 No.1 https://twitter.com/tsutsuii/status/426963345388732416
22. 初代LUNA構成 OMRON TECHNICS Vol.29 No.1 “LUNA(デスクトップWS)のハードウェア” PSG (SSG) は ここにある メインCPU MC68030 デバイス サブCPU HD647180 デバイス MC68030 HD647180
23. LUNA内のYM2149 • YAMAHA製の AY-3-8910 互換チップ
24. HD647180 とは  日立製 Zilog Z80 上位互換マイコン • 6.144MHz クロック • タイマ、シリアル、DMA内蔵 • MMU内蔵で1MBアドレスサポート • 647180は ワンタイム PROM版
25. HD647180XP
26. • Z80互換サブCPU 「ハードウェア設計者の趣味で〜」 （元カーネル開発者という方のお話） • PSG について 「当時のパソコンと同じ機能が必要、 　という考えがあったのでは」 （サブCPUに関係されていた方のお話） なぜLUNAにPSG音源が?
27. ここまでが前提知識です https://twitter.com/tsutsuii/status/802351863836250112
28. PC-6001用 PSGドライバ移植 https://twitter.com/tsutsuii/status/748250450470674432
29. 調査・検討の結果、 I/Oポート変更・ 周波数テーブル修正・ タイマ割り込み実装 等で PC-6001用PSGドライバを LUNAの HD647180でも 使用可能、という結論に 詳細はOSC2016京都のスライド↓を参照 https://speakerdeck.com/tsutsui/osc2016-kyoto-psg-tunes-on-netbsd-luna68k
30. リセット信号 割り込み要求 LUNA I/Oプロセッサ (XP) 構成 MC68030 NetBSD カーネル 支配下 8255 PIO HD647180 独立動作 共有 メモリ 64KB アドレス 71000000h 〜 7100FFFFh アドレス 0000h 〜 FFFFh YM2149 SSG タイマ SCI
31. リセット信号 割り込み要求 XPデバイスドライバ実装(1) MC68030 NetBSD カーネル 支配下 8255 PIO HD647180 独立動作 共有 メモリ 64KB アドレス 71000000h 〜 7100FFFFh アドレス 0000h 〜 FFFFh YM2149 SSG タイマ SCI 演奏プログラム PSGドライバ 以下の ioctl(2) を実装 ・指定したZ80コードをロード ・HD647180をリセット 　⇒これで演奏プログラムを実行
32. リセット信号 割り込み要求 XPデバイスドライバ実装(2) MC68030 NetBSD カーネル 支配下 8255 PIO HD647180 独立動作 共有 メモリ 64KB アドレス 71000000h 〜 7100FFFFh アドレス 0000h 〜 FFFFh YM2149 SSG タイマ SCI 演奏プログラム PSGドライバ ユーザープロセス /dev/xp 経由 プロセス 仮想アドレス 制御コマンド PSGドライバ用 曲データ 共有メモリ mmap(2) を実装 ⇒ユーザープロセスから 　曲データのダウンロード 　および演奏開始停止制御が 　可能に
33. OSC京都はそんな展示デモでした http://p.twipple.jp/AWyea https://twitter.com/tokudahiroshi/status/758874111418306560
34. ここから OSC広島の 新ネタです
35. 展示予告スライド
36. 展示予告スライド ここ
37. PC-6001を含む PSG搭載マシンに しゃべらせる ……という いにしえの技が存在
38.  Wikipediaより PSGによってPCMを再生する技法が存在し、 PSGPCM や SSGPCM等と呼ぶ。 ※PCM：.wav ファイル等で使われる音楽データ形式  PSGPCMの原理 PSGで発声されるのは矩形波である。これはロー（=0）とハイ（=1）の2値し かとらない。これに音量レジスタ（4bit）の値を掛けたものが1チャンネル分の 出力である。 AY-3-8910相当品では、あるチャンネルの発声を停止すると矩形波出力はハイ （=1）で固定される。従って、そのチャンネルの出力は、音量レジスタそのも のとなる（1×音量レジスタ=音量レジスタ）。 この仕様を利用し、発声を停止した状態でそのチャンネルの音量を操作すること で、PSGをDACとして利用するというのが大まかな原理である。 PSGによるPCM再生 出典: https://ja.wikipedia.org/wiki/Programmable_Sound_Generator
39. 音楽再生時のPSG出力 スピーカー アンプ ♪♪ ♪ Pico pico 加算 PSGチップ チャンネル3 Volume 1〜15 チャンネル1 Volume 1〜15 音程 チャンネル2 Volume 1〜15 音程 ・各chで音程と音量を設定 ・3chの音を合成してスピーカー駆動
40. PCM再生時のPSG出力 スピーカー アンプ 加算 PSGチップ チャンネル3 Volume 1〜15 チャンネル1 Volume 1〜15 OFF Volume チャンネル2 Volume 1〜15 OFF Volume 3chのVolume合計値 ＝PSG電圧出力 サンプリング周波数(8〜11kHz)で 以下を処理することで任意PCM出力 ・8ビット PCMデータ読み出し ・ボリューム変換テーブル読み出し ・PSG 各ch へボリューム設定 みくった〜♪ Volume設定値 ＝各ch出力電圧 Volume設定値 ＝各ch出力電圧
41. PC-6001での実装例 http://sbeach.seesaa.net/article/387861465.html
42. PC-6001での実装例 •64KB RAM の PC-6001mkII を想定 　⇒使用可能メモリは 57KB 程度 •11.025kHz 8bit PCM に限定 •PCMデータは テープ or RC-232C (オプション) 　 から本体RAMに読み込み •割り込み禁止して、命令実行クロック数で 　再生タイミングを制御
43. P6 PCM再生の問題点  再生時間 ・サンプリング周波数 11kHz・8bitデータ ・使用可能メモリ 57KB 　⇒再生可能時間は 約５秒  ロード時間 ・データサイズ 57KB ・テープのボーレート 1200bps 　⇒57KB のロード時間： 約９分３０秒
44. MOSAIC.WAV アルバム 「電気の恋人」の歌詞より 「データは 皆テープにダビング 　読み込むのに 速くて10分♪」 http://www.nicovideo.jp/watch/sm12836594
45. LUNAでのPCM再生実装 •プログラム・スタックを除く60KBを使用 •8kHz サンプルPCMをターゲット 　⇒再生可能時間は ８秒弱 　　再生中にもホストからロードできれば無制限？ •8kHz サンプルはタイマ割り込み駆動 •再生・停止はホストOSからコマンド指示 •PCMデータもホストOSからロード
46. •ロード ホストOSの共有メモリで一瞬 •ストレージ 　ホストOSのHDDで実質無尽蔵 •PSGデータ・PCMデータ 　Ethernet経由で何でも取得可能 LUNA PSG最強説
47. •とりあえずのご当地ネタで 列車接近メロディPSG版 ＋ アナウンスPCM 展示 PSG+PCMデモ http://www.nicovideo.jp/watch/sm5379033
48. •PSG演奏は今でも感動できます ついつい自分で作った曲を聞いてしまう罠 •サブCPUとしてのZ80の可能性 今のホスト OS構成では PSG制御は結構大変 •PCM再生の先人の知恵を見習いたい •今回も「動いたわーい」でした！ まとめ