PC-6001でPSG曲を鳴らすまでを全部NetBSD上の Makefile に押し込んでみた / osc2025hiroshima

2025/12/13(土)に行われたオープンソースカンファレンス2025広島の「NetBSDのご紹介」のセミナーで発表したスライドです。セミナー時のスライドから一部誤記修正をしています。

Transcript

1. PC-6001でPSG曲を鳴らすまでを 全部 NetBSD上の Makefile に 押し込んでみた オープンソースカンファレンス 2025 広島 今回もNetBSD環境でPC-6001組み込み開発です Izumi Tsutsui tsutsui@NetBSD.org (Twitter): @tsutsuii 𝕏 Mastodon: @tsutsuii@social.mikutter.hachune.net
2. 1. はじめに 最近のOSC/KOFの NetBSDセミナー スライド抜粋
3. 2024年 KOFセミナー  「PC-6001 PSG演奏デモをNetBSDで」 https://speakerdeck.com/tsutsui/kof2024
4. 2024年OSC愛媛セミナー  「PC-6001 PSG演奏デモ＋NetBSD解説」 https://speakerdeck.com/tsutsui/osc2024ehime
5. 2025年OSC京都セミナー  「LUNAでアニメGIF＋PC-6001デモ」 https://speakerdeck.com/tsutsui/osc2025kyoto
6. 2025年 KOFセミナー  「今年もNetBSDでPC-6001 PSGデモ」 https://speakerdeck.com/tsutsui/kof2025
7. 今回もこじつけで行きます NetBSDは いろんなマシンで動く + pkgsrcは NetBSDで使える ↓ 自分がpkgsrcのメンテ担当の PC6001エミュやツールを使えば それはNetBSDセミナーネタ
8. 2. NetBSDとは いつも忘れがちなので 一応ちょっとだけ説明
9. BSDとは？ •Berkeley Software Distribution •カリフォルニア大学バークレー校 で開発されたUNIX系OS •’70年代 UNIX研究として開発開始 •’80年代 ネットワーク機能、 仮想記憶など現代のOSの 基礎を築く •UNIXの進化と普及に貢献
10. •“Of course, it runs NetBSD” ➔特定の機種に依存しない設計 •“Reasonable Goal” ➔性能より「理にかなった」設計 •仮想記憶やデバイスドライバ等の 一貫性を持つインタフェース設計 NetBSDの特長　
11. •いろんなCPUやデバイスで動く •クロス開発環境の意識が強い ➔組み込み系での採用例が多い NetBSDの特長　 https://www.ricoh.co.jp/-/media/Ricoh/Sites/co_jp/pdf/34211809/pro-8420y-8420ht-8410y-8410ht.pdf
12. 3. NetBSDと LUNAと PC-6001 一応(?)関係があったり
13. LUNAとは  よしだともこ先生のブロク 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）
14. OSC2016広島展示 https://x.com/tsutsuii/status/802686385987538944 PC-6001実装流用 PSG PCM再生デモ
15. OSC2018京都展示 https://x.com/ebijun/status/1025236491985776640 PSG PCM発展形 PSG PAM音源ドライバ
16. このNetBSD/luna68k用 サブCPU PSG使用の Audioドライバは NetBSD 10.0 以降に 入っています https://www.netbsd.org/releases/formal-10/NetBSD-10.0.html
17. というわけで NetBSDとは直接関係なく いろんなOSCで LUNAと一緒に PC-6001も持っていってます
18. 4. PC-6001と エミュレータ 一般の方に向けて改めて解説
19. PC-6001 とは • NEC製の 8ビットパソコン •1981年 11月 発売
20. PC-6001 スペック •CPU： 8bit Z80互換 4MHz •RAM： 標準 16KB, 最大32KB •グラフィック: 128×192ドット 4色 256×192ドット モノクロ2色 •音源：PSG 3和音 •標準価格：89,800円
21. Z80 CPUとは •1976年発表 8ビットCPU •’80年代のパソコンに多数採用 •組み込みでは今も使われている ロングセラー
22. •VRAMも共用 → 空きは 7KB/23KB •それでもいろいろ作れた時代 　いろいろ遊ぶには32KBに増設しないとキツいかも メモリ 16KB/32KB
23. BASICプログラミング例  スクリーンエディタ付きインタープリタ言語 •行番号で実行順や飛び先を表現 •画面上で入力して「RUN」で即実行が可能
24. PC-6001 セーブロード  1981年という時代 •プログラムのセーブは「カセットテープ」 •「0」を1200Hz「1」を2400Hzの音で記録 •スピードは 1200bps （≒100バイト/秒） https://x.com/tsutsuii/status/825157721666252800
25. MOSAIC.WAV アルバム 「電気の恋人」の歌詞より https://www.nicovideo.jp/watch/sm12836594 「データは 皆テープにダビング 　読み込むのに 速くて10分♪」 ※PC-6001の空き容量23KBだと5分くらい
26. PC-6001用エミュレータ 実機がなくても遊べます •2000年頃からPC-6001のエミュレータが 多数開発される •エミュレータだけでなく、 開発に必要なツールも多数 •データ記録テーブ模擬 •テープ音声⇔エミュ用データ変換 •プログラムテキスト⇔エミュ用変換 •エミュレータもデバッグ機能が充実
27. PC6001VX http://eighttails.seesaa.net/article/305067428.html https://github.com/eighttails/PC6001VX
28. •READMEより 「PC6001VをLinux等で動作 　するよう改変したものです」 「PC6001VXの末尾のXは 　クロスプラットフォームの 　Xです」 PC6001VX https://github.com/eighttails/PC6001VX
29. •基本的な機能は PC6001V 準拠 •クロスGUI環境としてQtを使用 •互換ROM内蔵で 実機ROM不要 → •pkgsrc にしたので NetBSDでも動作可能！ •Android版もあります→ PC6001VX https://github.com/eighttails/PC6001VX
30. 5. PSG音源に ついて やっと本題です
31. PSG音源 •いわゆるピコピコ音 × 3和音 •元はアーケードゲーム用？ •BASIC言語だと PLAY 文で MML (Music Macro Language) という書式を書いて演奏 こんなの→ "C8<D+D+8G8F8G8D+>D+DD+F" •“C” が「ド」、“8” が「8分音符の長さ」 　“<” で1オクターブ下げる、という具合
32. PC-6001内のPSG音源IC
33. LUNA内のYM2149 • YAMAHA製の AY-3-8910 互換チップ
34. ここでやっと LUNAとPC-6001 https://x.com/tsutsuii/status/802351863836250112
35. PC-6001で PSG曲を演奏する手段 について
36. よっしゅさんの PC-6001用 PSG音源ドライバ http://park10.wakwak.com/~yosh/p6.html デモ演奏にはこれを使います
37. よっしゅさんの PC-6001用 PSG音源ドライバ  特長 •Z80フルアセンブラ •2ms割込使用・96分音符単位で制御 •ビブラート(周波数変化)サポート •ソフトウェアエンベロープ 　(発声中の時間音量変化)サポート •MMLテキストを事前にコンパイル 　→専用の演奏データバイナリを使用
38. P6 PSGドライバ使用曲例  TINY野郎さんによるYS2OP曲 1000 REM A-PART *********************** 1010 "D t11,3v15s-3,1,-3,0,0M12,2,1,4l16r4 1100 "D [l16o4d+ega8<aaa>c#<a>d<a>e<a>d<a>>b-gec#<b-gec#efg#fefg#a 1110 "D >c#<ab-gafgeb-gafgefdc#defgab->c#ec#<b->fc#<b-<ef 1120 "D g4.ab->c#4.efgfefgab->c#e8e8f8g8 1200 "D [l16o5fecd&d2<a>cdcfecd&d4.&[d48&u-8]5d48u%0<agfe 1210 "D l8f.d.fg.e.ga.f.de.g.b-a2>l16defgagfel8g.e.c<g.>c.e 1220 "D l16fd<afda>dfec<gecg>ce:<dfa>c#dfa>c#d4.&[d48&u-4]5d48u%0]2 1230 "D l32o4e-8.<b->e-g8.e-gb-8.gb->e-4: 1300 "D l16o5a4dfga8.g8fg8>d8.<a8gf8e8.f8.g8. 1310 "D a4dfga8.g8fg8>d8.d8e8d8d4c#4 1320 "D ([o6[dfa]4e-gb-g[dfa]4 cceg]2)]2 1400 "D l16o5drrdrrdd8&[d48&u-8(]8u%0 2000 REM B-PART *********************** 2010 "E t11,3v15s-3,1,-3,0,0M12,2,1,4l16r4u%-1 2100 "E [o3l16ab>c+e8<c+c+c+aebegebe 2110 "E (s-2,1,-1,0,0>l32[ab-]4>[ab-]4<l16ab->c#<b-ab->c#d) 2120 "E s-3,1,-3,0,0e4g4a+4>e4g4.f8e2<a+2>e2g2<l8ec#de 2200 "E [[l16o5dc<ga&a4>l8agfe]2 2210 "E d.<a.>de.c.ef.d.<a>c#.e.g<f2a4>d4e2c2 2220 "E f2e2:d2dc#<b>c#]2 2230 "E o3b-4>d+4g4a+4>: 2300 "E l16o5(a&a4dfga8.g8fg8>d8.<a8gf8e8.f8.g8) 2310 "E e+4rdee+8.e8de8a8.a8a8a8a4e4 2320 "E [o4[fa>d<]4gb->e-<b-[fa>d<]4gg>ce<]2]2 2400 "E l16o4a<d>da<ga>aa8&[a48&u-8(]8u%0 3000 REM C-PART *********************** 3010 "F t11,3v14p2s-10,1,-2,0,0l16w15rc32c32w8c8s-3,1,-1,0,0p1w18 3100 "F [o2l16aap2ap1a>c#<a>p2dp1<a>e<a>p2fp1<a>g<a>p2fp1<a 3110 "F >e<a>p2fp1<a>e<a>p2dp1<a>c#<ap2b-p1gab->p2c#p1<b- 3120 "F [aaa>p2arap1a8a<aap2ap1ap2a:p1>c#d<]2o3c#d<p1 3130 "F [aaa>p2arap1a8:a<aap2ap1ap2ap1>c#d<]2 3140 "F o2a>p2a<ap1ap2bbp1>c#p2c#p1 3200 "F [o3[ddp2dp1d]4[ccp2cp1c]4 3210 "F <b-b->p2fp1b->d<b-p2fp1b-ccp2gp1>cec<p2gp1>c 3220 "F <ddp2fp1a>d<ap2fp1d:<a>ap2gp1e<aap2ap1a]2o2a>p2agp1e<p2aap1ap2a 3230 "F p1>[[ddp2dp1d]4[ccp2cp1c]4 3240 "F <b-b->p2fp1b->d<b-p2fp1b-ccp2gp1>cec<p2gp1>c: 3250 "F <ddp2fp1a>d<ap2fp1d<a>ap2gp1e<aap2ap1a]2 3260 "F o3e-e-p2b-p1e-ge-p2ap1e-b-e->p2e-p1<e->g< 3300 "F s-8,1,-2,0,0p2l32(w8cw12cw16cw20cw24cw28cw16)p1: 3310 "F s-3,1,-1,0,0l16[dd>p2dp1<dga>p2cp1d<[ff>p2fp1<f]2 3320 "F [b-b->p2b-p1<b-]2:[aa>p2ap1<a]2]2 3330 "F aap2ap1a>aec#<a 3340 "F [dr8dr8>p2cp1d<rdp2fp1de-e-p2gp1b- 3350 "F dr8dr8>p2cp1d<rdp2fp1dcp2cegp1]2]2 3400 "F p2l16p2w15cw8ccw15cw8ccs-10,2,-1,0,0p1o4cp2w15c8.
39. 6. 過去のPSGデモ 作成フロー これが決まるまでが大変
40. (1) WaveToneによる耳コピ採譜 https://ackiesound.ifdef.jp/download.html#wt •スペクトラムを見てピアノロール採譜 •一通り採譜したらMIDIエクスポート
41. 公式ページはなくなっているので適当にぐぐってください (2) 3MLによるMML編集調整 •MIDI出力をMMLとしてインポート •ピアノロールを見ながらMML編集
42. (3) 3ML MML→P6PSG用に変換 •PSG 3chパート指定方法、 　テンポ指定などの書式の違いを調整 　→ここは手編集orスクリプト •ソフトウェアエンベロープ設定、 　ビブラート設定、タイの有無、 　など、音源ドライバ固有機能の設定 …ここまでは採譜と調整がメインで、 時間的スパンが長めの作業になります
43. https://www.tiny-yarou.com/deepp6.html (4) P6PSG用MMLコンパイル •MMLをエディタ画面で開く •設定→コンパイル→バイナリ出力
44. (5) エミュレータに転送して試奏 •エミュをドライバ読み込み状態で起動 •デバッガで曲データをRAMに転送
45. (6) MML完成後 プログラム整備 •BASIC部にローダプログラム埋め込み •バイナリ用テープデータ作成
46. (7) BASICプログラムをP6変換 •PC-6001用「txt2bas」ツールを使用 •これは NetBSD上でもビルド可能 http://retropc.net/isio/mysoft/#txt2bas
47. (8) P6ファイル→wavファイル •「なんでもピーガー」のツールを使用 •超高機能だがWindows版のみ https://www.tiny-yarou.com/datarec.html
48. MML修正〜ビルド サイクル (1) WaveTone で採譜 (2) 3MLE で編集・確認 (3) 3ML→P6PSG MML変換・修正 (4) MML2P6PSGDRVでPSG音源 ドライバ用バイナリ生成 (5) エミュレータに転送して試奏 (6) MML完成後プログラム整備 (7) txt2basによるP6データ生成 (8) なんでもピーガーでwav変換
49. MML修正〜ビルド サイクル (1) WaveTone で採譜 (2) 3MLE で編集・確認 (3) 3ML→P6PSG MML変換・修正 (4) MML2P6PSGDRVでPSG音源 ドライバ用バイナリ生成 (5) (6) MML完成後プログラム整備 (7) txt2basによるP6データ生成 (8) なんでもピーガーでwav変換 Windows上 Windows上 NetBSD上 Windows上 NetBSD上 NetBSD上 Windows上
51. 7. 自動化後の PSGデモ作成 フロー 実は昨日完成しました
52. Makefile化後 修正サイクル (1) WaveTone で採譜 (2) 3MLE で編集・確認 (3) 3ML→P6PSG MML変換・修正 Windows上 Windows上 NetBSD上
54. その1:p6towav テープ音声変換 https://github.com/tsutsui/p6towav
55. https://github.com/tsutsui/p6towav •テープデータの仕様はわりと明確 •が、作るとなると各種調査が必要で 　腰が重くなる •wavファイルのフォーマット •周波数切り替えの実装 •BASICフォーマットの判定 •時間パラメータのwavへの反映 等々 その1:p6towav テープ音声変換
56. •とりあえずChatGPTに投げてみる PC-6001のエミュレータ用のテープデータのP6ファイル を入力として、PC-6001実機でCLOADできる音声wave ファイルを出力するNetBSDやLinuxでコンパイルできる C99プログラムを書いて。 音声データは 1200Hz および 2400Hz の矩形波、データ 0は1200Hz 2周期、データ1は2400Hz 1周期テープデー タ先頭のロングヘッダは2秒、BASICヘッダのあとの ショートヘッダは0.5秒、ヘッダの長さはマクロで可変に してください。 その他テープデータ仕様でわからないところがあれば質 問してください。 その1:p6towav テープ音声変換
57. •ChatGPTの実力？ その1:p6towav テープ音声変換
58. •と言ってもいろいろ間違ってる •スタートビット、ストップビットなし •周波数切り替えの極性 •BASIC形式ヘッダの判定 •が、調べるのが面倒と思っていた部分 　（wavファイル形式とか） はそこそこ使える •そこからは自分の趣味で書き直して 　数時間で完成 その1:p6towav テープ音声変換
59. その2:p6psgmmlc MMLコンパイラ https://github.com/tsutsui/p6psgmmlc
60. https://github.com/tsutsui/p6psgmmlc •オリジナルのコンパイラはZ80用 　→そんなに重い処理ではない •大部分はMML→コマンド置換だけ？ •ループ処理、数字解析、音長判定 等 　（付点音符とかマイナス符号とか）が大変？ •C言語でも書けそうではあるけれど、 　結構気合いが必要…… その2:p6psgmmlc MMLコンパイラ
61. •雑にZ80実装とドライバ説明書を 　ChatGPTに投げてみる Z80 CPUと PSGチップを持つ PC-6001 用の PSG音源ドライバのツール として、BASICのREMコメント文で書かれたMMLをコンパイルして音源 ドライバで演奏可能なバイナリにする MMLコンパイラがあります。これ は PC-6001のZ80のアセンブラで書かれているのですが、これと同様の プログラムをC言語で記述したいと思っています。 元のプログラムでは BASICプログラムのコメント部分のテキストを抽出 するようになっていますが、C言語版ではPSG音源パート文字の D E F が 行先頭にあるものは有効、それ以外はコメントとして無視する仕様と し、それ以外はもとのMMLコンパイラと同様の仕様にしたいと思ってい ます。 まずMMLの仕様は以下 [ドライバマニュアル、技術資料、ドライバとコンパイラのZ80ソースコード をどかっと貼付] まずはMMLコンパイラのソースから実装設計仕様書を書けますか？ その2:p6psgmmlc MMLコンパイラ
62. •結構それっぽいものを出してくれる (!) •試しにコードを書かせてみると、面倒な 　テキストパーサーみたいなところも参考になる その2:p6psgmmlc MMLコンパイラ
63. •ただZ80技法はわかってなさそう 　→「実機動作を見ましょう」とか言ってくる •こちらから詳細仕様を書くよう指示したり 　Z80コードを読み解いて解説して提示すると 　ちゃんと分析して仕様から書いてくれる その2:p6psgmmlc MMLコンパイラ
64. •コード自体を修正させると迷走しがち •フレームワークと仕様だけ使って、 　1日半くらいゴリゴリ書いて、レビューは 　ChatGPTに頼んでいろいろ修正して 　無事にそれっぽく動作！ その2:p6psgmmlc MMLコンパイラ
65. •実は各種デモを作るときにプログラム生成 　部分は少しずつスクリプト整備してました その3: 自動化Makefile
66.  地道に手で書いて自動化していた部分 •Macroassembler ASのリンカ出力から 　バイナリサイズを抽出して BASIC部の 　ローダー部分を抽出 •BASIC部の共通部分とDATA文の合成 •バイナリ部分のヘッダデータ込みの抽出 •Txt2bas および p6towave の呼び出し その3: 自動化Makefile
67. その3: 自動化Makefile  OSC広島イベント駆動開発 サボってた以下を直近一週間くらいで整備 • バイナリ→asm・DATA文変換をビルド不要な 　shell+awkスクリプトに修正 •p6towav, p6psgmmlc の git clone + make •txt2bas07.zip フェッチとビルド •Makefileの構成を可読性重視で修正 •ChatGPTに頼んでREADME作成
68. その3: 自動化Makefile https://github.com/tsutsui/p6psgplay-make
70. •NetBSDメイン環境を使って 　PC-6001 PSG試奏工程を自動化 •リバース仕様書起こしやサーベイ、 　レビューや推敲はAIを活用 •仕上げはイベント駆動開発 •PSG採譜をトライする人が他にも 　増えたらうれしいですね まとめ