IV. Управление PSG

PSG принимает команды и от 68K и от Z80 в любое время, в любой конфигурации. Но для достижения

Осмысленных результатов надо координировать доступы к PSG обоих процессоров.

PSG доступен по адресам: $C00011 для 68K, и 7F11H для Z80.

Обзор

Звуковой чип “Yamaha 2612 Frequency Modulation (FM)” основан на чипе “Yamaha 2151” (использовался на игровых автоматах Sega) и использует алгоритмы/методы синтеза звука от фирмы Yamaha.

Этот чип способен:

-- 6 стереоканалов звуковых FM синтезаторов

-- 8-ми битный ЦАП для оцифрованного звука

-- Один LFO (low frequency oscillator – низкочастотный генератор) для искажения звуков FM

-- 2 таймера для использования программой.

Для более понятного определения: канал FM синтезатора может довольно реалистично повторить одиночную ноту большинства инструментальных голосов. Эффект хоруса получается использованием нескольких FM каналов.

Стандартный канал FM имеет одну основную частоту (тон) и данные для метода преобразования этой частоты в сложный комплексный сигнал (голос). Это преобразование использует четыре внутренних компонентов канала, называемых “ операторы ”, каждый из которых обладает своей частотой (вариантом основной частоты), огибающую и возможность модулировать свой вход используя частоту и огибающую. Частота оператора смещена на кратные множители от основной частоты (гармоники).

Есть 2 банка по 3 FM канала в каждом, пронумерованные с 1 по 3 и с 4 по 6. Каналы 3 и 6, последние в каждом банке, могут использовать полностью раздельные частоты для каждого оператора, даже если они и не кратны множителям (не гармоничны). Это применимо для синтеза ударных инструментов, у которых гармоника имеет нечетные множители, например 1.4 или 1.7 от основной.

8-ми битный ЦАП заменяет 6-ой FM канал, это означает, что ЦАП полностью выключает 6-ой FM канал. К сожалению, все временные интервалы должны выполняться программой (например, частота дискретизации) - это означает, что программа должна быть очень грамотно спланирована, так как невозможно одновременно использовать и FM каналы и ЦАП одновременно.

Любой из FM каналов или DAC можно независимо панорамировать в левый канал, в правый канал или в оба канала. Стереозвучание доступно только через гнездо наушников.

• От переводчика:

• На большинстве приставок MegaDrive 2 на AV выход подается монофонический звук (смешанный) и два канала раздельно (левый и правый). Если применить соответствующий штекер, стереозвук можно вывести на усилитель. Исключение составляют приставки последних выпусков – они сделаны по сокращенной схеме, и стереозвук можно вывести только вмешавшись во внутреннюю схему приставки.

Низкочастотный генератор (LFO или Low Frequency Oscillator) позволяет изменять амплитуду или частоту звуков FM каналов. Каждый канал может выбирать глубину изменений функцией LFO, если это используется. Это может быть использовано, например, в гитарном соло.

Наконец, есть еще два таймера, которые может использовать программа Z80 в альтернативу к прерыванию VBLANK. К сожалению, эти таймеры не могут выработать прерывание – их надо проверять программно, для определения окончания их счета.

• От переводчика:

• На самом деле у чипа YM2612 есть вывод, который генерирует сигнал по окончании счета одного или обоих таймеров. Это ножка 13. Просто, по какой-то причине, разработчики приставки не использовали его.

Немножко о “Операторах”

Есть четыре специальных оператора, назначенных за каждым каналом, со следующими свойствами:

-- Оператор, у которого есть вход, частота и огибающая. Изменяет вход и выход.

-- Операторы бывают двух типов, первые свой выход (результат) отдают следующему оператору, вторые

суммируются с конечным результатом. Последние называют “ слотом ” (“slot”).

-- Слоты могут быть включены независимо, хотя программы Seg’и их включает и выключает всегда

одновременно.

-- Оператор 1 может иметь обратную связь с самим собой, и в результате получить более сложный сигнал.

Эти операторы могут быть применены в восьми разных конфигурациях, называемых “ алгоритм ”. Схема вариантов дана на следующей странице.

Соответствие алгоритмов и получаемых звуков:

Алгоритм 0 – гитара с “дисторшн”, тарелки, (?) бас

Алгоритм 1 -- арфа, меандр (PSG - programmable sound generator)

Алгоритм 2 -- бас, электрогитара, духовые инструменты, фортепьяно, деревянные духовые

Алгоритм 3 – струнные инструменты, акустическая гитара, колокола

Алгоритм 4 -- флейта, колокольчики, хорус, бас-бочка, рабочий барабан, том

Алгоритм 5 – духовые инструменты, орган

Алгоритм 6 – ксилофон, том, орган, вибрафон, рабочий барабан, бас-бочка

Алгоритм 7 – большой орган

Обзор регистров

Звуковой чип содержит большое количество регистров. Основные системные:

-- значение таймера и его состояние, используется программно

-- разрешение LFO и его частота. для изменения FM каналов

-- разрешение ЦАП и амплитуда

-- разрешение для каждого из 6 FM каналов в отдельности

-- количество используемых частот каналами 3 и 6. Обычно канал FM имеет одну основную частоту, но для

каналов 3 и 6 можно выбрать четыре, одна для каждого оператора.

Остальные регистры действуют только на один FM канал или на оператор в канале. Это следующие регистры:

-- номер частоты (в обычном случае) – номер алгоритма

-- степень обратной связи в операторе 1

-- тип вывода, на левый, правый или оба канала. Можно услышать только через выход наушников.

-- степень искажения сигнала канала генератором низкой частоты (LFO).

Остаются только регистры управления операторами. Связи операторов определяются выбранным алгоритмом, но огибающая всегда задается отдельно для каждого оператора. В случае с 3 и 6 FM каналами, частота может быть определена для каждого оператора отдельно.

Спецификация огибающей

Звук начинается после нажатия на клавишу, процесс назван “ key on ”. Звук имеет “атаку”, сильное основное затухание, потом медленное вторичное затухание. Звук будет продолжаться до тех пор, пока клавиша не будет отпущена. Этот процесс назван “ key off ”. После, звук резко затухает до полного исчезания звука, это как у рояля, после отпускания клавиши, демпфер резко опускается на струны и заглушает их.

Огибающая представлена амплитудой и углами, а так же несколькими регистрами. Значения на диаграмме:

TL -- Общая амплитуда (Total Level), наивысшая амплитуда сигнала

AR -- Скорость атаки (Attack Rate), угол, который задает начальное увеличение амплитуды. Его можно сделать

очень крутым, если надо. Проблема медленной атаки в том, что если нота слишком короткая, состояние

отпускания клавиши (key off) может произойти прежде, чем амплитуда достигнет нужного результата.

D1R -- Угол сильного основного затухания

T1L -- Амплитуда с которой начинается медленное вторичное затухание

D2R -- Угол вторичного медленного затухания. Будет продолжаться до события “ key off ”.

RR -- Последний угол конечного затухания после события “ key off ”.

Дополнительные регистры:

RS -- Масштабирование скорости (Rate Scaling). Степень, которая указывает на сколько короче становится

огибающая на более высоких частотах. Например, на рояле высокие ноты затухают быстрее, чем нижние.

AM -- Включение амплитудной модуляции (Amplitude Modulation), будет ли изменен этот оператор на LFO или

нет. Амплитуда слотов (серые на диаграме выше) будет изменятся по громкости, изменение амплитуды

других операторов может привести к разным результатам.

SSG-EG -- частный регистр, назначение которого неизвестно. Установите в 0.

Чип FM-2612 доступен и со стороны 68000 и со стороны Z80. В обоих случаях, шина всего 8 бит.

Чип FM-2612 доступен по адресам 4000H - 4003H в адресном пространстве Z80, или по адресам A04000H - A04003H в адресном пространстве 68000. Далее будут использованы значения с 4000H до 4003H.

Внутренние регистры чипа FM-2612 делятся на:

Доступ к регистрам 1 части осуществляется так: 8-ми битный адрес регистра (его номер) записывается по адресу 4000Н, а доступ к данным через 4001Н. Для доступа ко второй части используется адреса 4002Н для адреса и 4003Н для данных.

ВНИМАНИЕ: перед записью новых данных, надо прочитать байт из любого адреса YM-2612. Бит 7 указывает на занятость чипа. Надо ждать, пока он не станет равным 0.

ВНИМАНИЕ: в случае записи “сдвоенных” регистров, например 10-ти битный регистр таймера или 14-ти битный регистр частоты, записывайте старшую половину первой.

Чтение по любому адресу (4000Н – 4003Н):

BUSY - 1 если чип занят, 0 если свободен

OVERFLOW - 1 если таймер закончил счет и переполнился. См. Регистр 27H.

• От переводчика:

• Карта регистров была зачем-то разбита на несколько отдельных рисунков и занимала два листа. Все отдельные графики были сведены в один большой и понятный.

Регистры с 22H по 2BH доступны только по адресам 4000Н-4001Н. Регистры с 30H по B4H доступны по адресам 4000H-4001H для каналов 1..3 и по адресам 4002H-4003H для каналов 4..6 (Канал 1=4, 2=5 и 3=6).

“+” возле номера регистра означает диапазон. Для регистров с 30H+ до 90H+ диапазон имеет 16 значений. Из них используется всего 12 (3 канала по 4 оператора). Формирование конечного регистра для диапазона 30H+ видно из таблицы:

Значения полей “Оператор” и “Канал”:

Справа наглядный пример формирования конечного адреса регистра дана в виде таблицы. Серые поля – не используются. Формирование адреса для диапазонов от 40H+ до 90H+ происходит аналогично.

Диапазоны с A0H+ по B4H+ используют 3 комбинации из 4. Для A0H+ это будет:

Исключение составляют диапазоны A8H+ и ACH+. Примеры показаны ниже:

Обзор регистров: