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MSX ゲーム開発 2022年

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1980年代から90年にかけて家庭に広く普及した MSX パソコン（当時はマイコンと言ってましたね!）にて、ゲームをつくる活動を 2022年に復活してみました…！

当時の開発は MSX-BASIC もしくは Z80 アセンブラをつかったものでしたが、今回は さまざまな 8bit Z80 系のレトロコンピュータに対応する Z88DK ツールチェインによる C 言語を使っています。

Home: z88dk

z88dk is the only C and assembler development kit that comes ready out-of-the-box to create programs for over 100 z80-family machines.

Z88DK のセットアップやサンプルコードについては、以下の文書にまとめています。C 言語ですが、BASIC より簡単かも、、ですので良ければ遊んでみてください。この記事で紹介しているゲームのソースコードへのリンクもつけています。

Z88DK を使って MSX のゲームをつくるための環境構築メモ

この文書は、Z80 を CPU に持つコンピュータ向けの C コンパイラ・アセンブラツールチェーンである Z88DK を使って MSX のゲームをつくるための環境構築メモです。

てなわけで、この Z88DK を使いまして、新作ゲーム(?) をふたつつくってみましたので紹介したいと思います。ゲームはウェブブラウザーで動作する MSX エミュレータから楽しめますので合わせてリンクをしています。

PONPON for MSX

80年代のコンピュータ誌に投稿された PONPON という名前の投稿プログラムの MSX クローンです。自分はプログラムポシェット誌でみて打ち込んで楽しんだ覚えがあります。

自動的に上下に移動する主人公「◯氏」を赤ブロックに激突しないように左右に操作して $ を取得して点数を競うゲームです。

次のリンクからウェブブラウザで遊べます。

WebMSX で PONPON を遊んでみる…！

記憶だけを頼りにつくっていますが、この MSX 版はプログラムポシェット掲載 PC88 PONPON の “改造版” の移植です。オリジナルは 40 * 25 桁(WIDTH 40,25) でもっと綺麗に壁や赤ブロックが並んでいたと思います。

当時小学生だった自分はごちゃごちゃ改造していて、確かこのような感じになった気がします、、懐かしいです。。

NOBORUNOCA for MSX

MSX の VDP はいわゆるスクロール機能を持たず、スクロールをしたい場合は通常 VRAM ブロック転送による PSG(8ドット) 単位スクロールとなりますが、これを PCG キャラクターをドットずらしで用意することでスムーズスクロールを実装する技がありました。

当時の自分はスムーズスクロールしてみたくても、プログラミング技術もあまりなく実装を諦めており、これまで数十年間心の何処かにひっかかっていた課題のひとつだったのですが、2022年になってようやく実装することができました。

というわけで、構想数十年、製作 5日の NOBORUNOCA です。

強制縦スクロールのワンキーためジャンプアクションゲームです。使うのは SPACE キーのみ…！のぼるのか…のぼらないのか…

次のリンクからウェブブラウザで遊べます。

WebMSX で NOBORUNOCA を遊んでみる…！

操作はシンプル、割と奥が深いを目指してつくってみました。ゲーム特有の落ち着けばなんとかなる…！がうまくつくれたと思いますので、良ければ遊んでみてください…！（ツイッター #NOBORUNOCA タグでみなさまのハイスコアを拝見しております… 😀

裏技的な攻略情報がいくつかあるので書いておきます。

  • 足場生成に関わるゲームの乱数シードはタイトル画面のパワーゲージ値によります。
  • レベルエクステンド時に、必ず穴がない休憩足場が生成されます。
  • ジャンプ上昇中、ジャンプ落下、歩き落下中もパワーゲージがチャージできます。
  • 落下中から、着地前直前十数フレームで、その場再ジャンプが可能な猶予フレームがあります。これは足場がない最下段でも適用可能なので、目押しスペース離しで復活できることがあります。また、成立するとボーナス点が入ってます。
  • ジャンプ落下中は足場判定が横に広がっています。このため左右の縦壁でも再ジャンプ可能なパターンがあります。

いろいろ実装していましたら、当時の BASIC ゲームも面白くなるようにいろいろ調整して楽しんでいたことを思い出してノスタルジー。

ゲームミュージック

マイコンゲームに音楽をつけるのも当時の課題のひとつで、サウンドドライバー問題とシーケンサーどうする問題がありましたが、今回 @aburi6800 さん の MSX Z80 サウンドドライバーと、いちまるまるゲームズさんの、Lovely Composer & あぶり6800さんコンバータにより、見事、課題解決することができました…！

ありがとうございました…！

Lovely Composer (ラブリーコンポーザ)

家庭用ゲーム機の作曲ソフトの方向性を受け継いだ、かわいい作曲ツール!
レトロゲームのようなピコピコサウンドの音楽や効果音を、楽しく手軽に作れます。

https://github.com/aburi6800/msx-PSGSoundDriver

MSX用のPSGサウンドドライバです。
z88dkのz80asmでコンパイルできる形にしています。

楽曲は YAMAHA MODX シンセで曲のスケッチをかいて、Lovely Composer に打ち込む形で楽曲をつくり、lc2asm コンバータでゲームに取り込む手法でつくっています。

今回は MSX 向けで矩形波 2/3ch だけの打ち込みとしていますが、Lovely Composer は矩形波以外も波形メモリ音源的な音などなどピコピコサウンドを手軽なプリセットと操作系で使え楽しいです。:D

MSX ゲーム取り込み前には、YM2149 での鳴り具合を確認するために、自分が以前からつくっていました WebAssembly の ymfm エミュレータを Python からコールして、サウンドドライバー互換で発音させるスクリプトも利用しています。

https://github.com/h1romas4/noborunoca/tree/main/tools/lcconv

楽曲のほうですが、自分は音楽の方が楽器は持っているもののほとんど素人ですが、、レトロっぽいコミカルさが出るように、少ない小節数にすると心に決め、メロディーのリズムに気をつけてかきました。

密かにちょっと気に入っていますので良ければ聴いてみてください…！

最後に

残念ながら手元に MSX 実機がないためまだ実機動作を自分で見れていないのですが、Simple ROM Cartridge を使わせていただいて、いつか動作させたい…！夢の ROM 版ゲーム…

MSX用カートリッジ64K Simple ROM Cartridge

ちなみに PONPON は 16KB で NOBORUNCA はほんの少しだけはみ出て 32KB ROM になっています。

書き込み準備ヨシ…！（ちなみに写っている PSP 版は fMSX エミュレータによる動作です）

ゲームのソースコード

両ゲームとも GitHub Actions で ROM のビルドができるように仕込んでいます。また、リリースページに .rom ファイルを置いています。

PONPON

https://github.com/h1romas4/z88dk-msx-template

NOBORUNOCA

https://github.com/h1romas4/noborunoca

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Ubuntu 22.04 LTS アップグレードと Focusrite Scalett Solo オーディオインターフェース

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Ubuntu 22.04 LTS がリリースされましたので、Raspberry Pi 400 と WSL2、そしてメインで使っている ThinkPad P14s に導入してみました。

Raspberry Pi 400:

導入済みの Ubuntu 20.04 LTS からのアップグレード。SSD 起動にしていますが、1時間ほどかかったでしょうか。無事 22.04 LTS となり、SDL の画面描画やオーディオ再生などうまく動作しているようです。

WSL2:

こちらは、Microsoft ストアより Ubuntu 22.04 LTS を選択して新規導入。ESP32/M5Stack のSDKである esp-idf に含まれる (riscv32-) gcc などのバイナリーパッケージが正常に動作することを確認。

ThinkPad P14s:

懸念していた esp-idf のバイナリーパッケージが WSL2 で正常動作しましたので、メインの ThinkPad P14s にも導入。 Ubuntu 20.04 LTS から Ubuntu 22.04LTS にアップグレードインストールしています。 30分ほど。

Wayland セッションを使うと、現在 Indicator Stickynotes（付箋）でウインドウ位置や Dock アイコンの制御、Alacritty のウインドウ描画が違和感のある感じになりましたので、いったん X.org セッションで動作させています。

ハードウェア的には 2点問題がでています。

Focusrite Scalett Solo オーディオインターフェース:

ThinkPad には USB オーディオインターフェースとして、Focusrite 社の Scalett Solo を接続していますが、ALSA からの認識で対応するサンプリングレートが低く（44100, 48000のみ）申告されてしまうという問題がでました。

$ uname -a
Linux thinkpad-p14s 5.15.0-27-generic #28-Ubuntu SMP Thu Apr 14 04:55:28 UTC 2022 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

$ cat /proc/asound/USB/stream0
Focusrite Scarlett Solo USB at usb-0000:07:00.4-2, high speed : USB Audio

Playback:
  Status: Stop
  Interface 1
    Altset 1
    Format: S32_LE
    Channels: 2
    Endpoint: 0x01 (1 OUT) (SYNC)
    Rates: 44100, 48000
    Data packet interval: 125 us
    Bits: 24
    Channel map: FL FR

Ubuntu 20.04 LTS では次のように 44100, 48000, 88200, 96000, 176400, 192000 となります。

$ uname -a
Linux hiromasa-t420s 5.13.0-40-generic #45~20.04.1-Ubuntu SMP Mon Apr 4 09:38:31 UTC 2022 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

$ cat /proc/asound/USB/stream0
Focusrite Scarlett Solo USB at usb-0000:00:1d.0-1.2, high speed : USB Audio

Playback:
  Status: Stop
  Interface 1
    Altset 1
    Format: S32_LE
    Channels: 2
    Endpoint: 0x01 (1 OUT) (SYNC)
    Rates: 44100, 48000, 88200, 96000, 176400, 192000
    Data packet interval: 125 us
    Bits: 24
    Channel map: FL FR

96KHz などが設定できないと、ハイレゾ系の音源や高サンプリングレートのソフトシンセの開発に支障がでるためやや悩み。

カーネルのソースを眺めていたところ、次のようなソースが追加されていることを発見。

/*
 * Many Focusrite devices supports a limited set of sampling rates per
 * altsetting. Maximum rate is exposed in the last 4 bytes of Format Type
 * descriptor which has a non-standard bLength = 10.
 */
static bool focusrite_valid_sample_rate(struct snd_usb_audio *chip,
					struct audioformat *fp,
					unsigned int rate)

Focusrite ではあるものの Solo が入っていないため、動作が不正しているのではないかと当たりをつけてさらにソースを追っていたところ、Skip reading sampe rate for devices というワークアラウンドフラグ(quirk_flags)がありましたので、試しに設定してみたところ、正しく(とは言わないかもですが…) 高いサンプリングレートも申告されるようになりました。（ちなみに device_setup=1 の指定で今回カーネルに追加された Focusrite のミキサードライバーが有効になるようです）

$ sudo vi /etc/modprobe.d/scarlett.conf
options snd_usb_audio vid=0x1235 pid=0x8211 device_setup=1 quirk_flags=0x1

$ cat /proc/asound/USB/stream0
Focusrite Scarlett Solo USB at usb-0000:07:00.4-2, high speed : USB Audio

Playback:
  Status: Running
    Interface = 1
    Altset = 1
    Packet Size = 144
    Momentary freq = 96000 Hz (0xc.0000)
  Interface 1
    Altset 1
    Format: S32_LE
    Channels: 2
    Endpoint: 0x01 (1 OUT) (SYNC)
    Rates: 44100, 48000, 88200, 96000, 176400, 192000
    Data packet interval: 125 us
    Bits: 24
    Channel map: FL FR

このことにより Jack も高いサンプリングレートで起動できるようになりました。（解決）

$ cat .jackdrc
/usr/bin/jackd -dalsa -dhw:USB -r96000 -p1024 -n2

ワークアラウンドなので ALSA に報告して修正してもらうのが正しいでしょうか。要調査。同件ですが Ubuntu 日本語フォーラムで質問させていただいておりました。

Apple AV アダプタ:

ThinkPad には外部の HDMI モニターを接続するために、USB-C Apple AV アダプタを転用して使っていましたが、接続したまま PC の電源を入れると画面が真っ黒になり Ubuntu 22.04 LTS がブートできない様子でした。5.15.0-27-generic にて確認。

対応する元気が出なかったので、いったん AV アダプタを使わず、本体の HDMI に直接モニターを接続するようにしたら good work となりました。（継続検証）

外部PPA と Snap アプリケーション:

登録している PPA は次のとおりです。 

http://jp.archive.ubuntu.com/ubuntu jammy InRelease
http://jp.archive.ubuntu.com/ubuntu jammy-updates InRelease [109 kB]
http://jp.archive.ubuntu.com/ubuntu jammy-backports InRelease
http://packages.microsoft.com/repos/edge stable InRelease
http://jp.archive.ubuntu.com/ubuntu jammy-updates/main amd64 DEP-11 Metadata [6,632 B]
http://jp.archive.ubuntu.com/ubuntu jammy-updates/universe amd64 DEP-11 Metadata [19.2 kB]
https://packages.microsoft.com/repos/code stable InRelease [10.4 kB]
https://packages.microsoft.com/repos/code stable/main arm64 Packages [82.7 kB]
http://security.ubuntu.com/ubuntu jammy-security InRelease [110 kB]
https://packages.microsoft.com/repos/code stable/main armhf Packages [82.6 kB]
http://archive.ubuntu.com/ubuntu jammy InRelease
http://ppa.launchpad.net/mmk2410/intellij-idea/ubuntu jammy InRelease
https://deb.nodesource.com/node_16.x focal InRelease
http://security.ubuntu.com/ubuntu jammy-security/main amd64 DEP-11 Metadata [6,632 B]
https://ppa.launchpadcontent.net/kicad/kicad-6.0-releases/ubuntu jammy InRelease

VSCode や Microsoft Edge、KiCAD、Intellij IDEA、Node.js 16 などうまく動作しています。

Lovery Composer Snap Linux 版も良い感じです…！ Linux でもレトロぴこぴこシンセの打ち込みを楽しめます。:D

デスクトップアクセサリーの MaCoPiX もソースコードからビルドして起動できました。

$ sudo apt install libgtk-3-dev
$ git clone https://github.com/chimari/MaCoPiX.git
$ cd MaCoPiX
$ ./configure
$ make -j8
$ src/macopix

Ubuntu 22.04 LTS は、Wayland セッションが前述の理由でまだ使えないのが寂しいですが、GNOME 系のアニメーションもスムーズになって良さそうな雰囲気です。Snap 版 Firefox も今の所、げ！というところはなさそうです…（今後あるかもですがw

LTS 版にて5年間(+5年延長)、引き続き Ubuntu にお世話になります。ちなみに、メインで使う OS を Ubuntu (8.04から) にしてから 14年くらい経つようです。ひー。

M5Stamp C3 用の開発向けボードを製作

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M5Stack から発売されている ESP32-C3(RISC-V) が搭載されているマイコン、M5Stamp C3 用の開発向け基板を製作してみました！

Main Board

基板の特徴

  • JTAG デバッグのための外部 USB Type-C ポートの接続。
  • よく見かける KMR-1.8 とマークされた安価な LCD/SD の SPI 接続。
  • 電源入力の選択。M5Stamp 側か USB Type-C 側かの切り替えジャンパーピン。
  • ローダーモードに入れるための GPIO9 に接続されたタクトスイッチ（通常のスイッチとしても利用可能です）。
  • 利用可能な GPIO を外部に公開するピンヘッダーの接続。
  • 使われていない GPIO は GPIO 0（SPI CS を想定）と JTAG とは競合する GPIO18, 19（I2C 接続を想定）
  • 名刺サイズ(90x55mm)の基板です。

となっていて、手軽に RISC-V やマイコンプログラミングを楽しみやすいものを目指しました。

オープンソースハードウェア

基板のガーバーデータや部品表、サンプルのプログラムを次の GitHub リポジトリーにコミットしてあります。

https://github.com/h1romas4/m5stamp-c3dev

This is a development board for the M5Stamp C3 (RISC-V/FreeRTOS).

ソースコード、基板ガーバーデータ含め MIT License に設定しています。

ガーバーデータを元にご自身で PCB メーカーに製造発注可能です。なお、リポジトリに含まれている .zip は Fusion PCB 向けの設定になっています。（おそらく他でも大丈夫と思いますが、KiCad 6 形式のファイルも含めていますので、設定を変えることもできます）

基板頒布

また、BOOTH で完成品の基板（部品なし）の頒布も行っています。 2枚セット 130円で、匿名配送可能な BOOTH あんしんパック送料込みで 500 円になるように設定しています。（個人で製造発注しているため在庫がない場合が多々あります。入荷お知らせメールを設定していただければと思います）

FG06-C3DEV REV.B (2枚) – M5Stamp C3 向けの開発用基板 – 部品なし基板のみ

サンプルプログラム

GitHub にコミットしてあるサンプルプログラムには以下の実装が入っています。

  • 日本語 TrueType フォントの液晶への出力
  • SD カード内の PNG 画像の液晶への出力
  • WiFi 接続による NTP 同期
  • GPIO 0 の ADC 入力
  • M5Stamp C3 に付いている RGB LED の点灯
  • GPIO 18, 19 への I2C センサー接続テスト（UNIT ENV III の温度湿度気圧センサー）
  • AssemblyScript を使ったアナログ時計のサンプル（Wasm3 による WebAssembly の実行）
AssemblyScript and Wasm3
  • AssemblyScript を使った GPS GSV Viewer の実装（Wasm3 による WebAssembly の実行）

またその他の実装として、

  • TrueType フォントと .wasm バイナリーを格納している SPIFFS の使い方（parttool.py や spiffsgen.py ツール）
  • WiFi パスワードを格納している NVS（暗号化可能なキーバリューストア）の利用（nvs_partition_gen.py ツール）
  • esp-idf ビルドシステムを使ったライブラリーのビルド、依存関係の管理
  • Visual Studio Code の C/C++ Extention の設定と openocd と連携した JTAG デバッグ設定
  • AssembyScript をウェブブラウザーとマイコンで共有する手法

などなどがありますので、この基板に限らず ESP32-C3 や M5Stamp C3 を使う場合の参考になるかもしれません。 GitHub を眺めていただけたらと思います。

ビルドは Windows/Linux/macOS のそれぞれで正常に終了することを確認しています。

M5Stamp C3/ESP32-C3 は、メモリーの malloc もしやすく使いやすいマイコンだと感じました。 Wasm3 の末尾呼び出し最適化なども esp-idf の RISC-V コンパイラツールチェインでうまく動作するようです。

M5Stamp C3 への書き込みとデバッグブレイク方法

プログラムの upload と debug については以下の記事を参考にしてください。Windows WSL2 を使うと、設定も手軽で安定して動作させられます。

Windows WSL2 の Ubuntu 22.04 上から USB-UART 経由で M5Stack に書き込みする

ここから下はご参考情報です。

M5Stack Core2 上での同サンプルの動作

Wasm3/AssemblyScript については、M5Stack Core 2 版も作成しています。

https://github.com/h1romas4/m5stack-core2-wasm3-as

M5Stack Core2 With Wasm3/AssemblyScript Demo

M5Stamp C3 版と同じ .wasm を動作させています。ウェブブラウザーからも動作を見ることができます。

https://h1romas4.github.io/m5stamp-c3dev/asclock/

AssemblyScript Analog Clock Sensor values are dummy.

良ければ遊んでみて下さい 😀

Main Board
https://twitter.com/h1romas4/status/1610228824607985664

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