用 C 或 C++ 编写图形 Z80 仿真器 [关闭]答案

【问题标题】：Writing a graphical Z80 emulator in C or C++ [closed]用 C 或 C++ 编写图形 Z80 仿真器 [关闭]
【发布时间】：2023-04-06 10:10:01
【问题描述】：

我想有兴趣为Z80 处理器编写我自己的简单模拟器。我对这种类型的编程没有经验。我最擅长使用基于 C 的语言，因为它们是我最了解的语言。

我需要什么来完成这项工作，有哪些好的教程/参考资料可以帮助我完成这个项目？

我还想要一个为我的TI-84 Plus 计算器编写 ROM 转储应用程序的教程，这样我就可以将它的 ROM 与这个模拟器一起使用。

【问题讨论】：

标签： c++ c emulation z80

【解决方案1】：

需要补充的一些东西（尤其是 Z80）：

不要相信文档是 100% 没有错误的

我没有看到任何没有错误，包括这里提到的错误。
正确测试您的 CPU 内核是否存在错误

它将使您免于以后的许多头痛和困惑。

为了进行测试，我使用了三种方法：

对已知代码进行步进/跟踪（通常注释为 ROM 反汇编）

这是第一步，还没有任何效果。您将看到错误（解码）编码的指令。
在您的模拟器中包含不同的 Z80 内核，并将所有内容作为双重模拟处理

制作两个具有相同步进、跟踪和运行系统的“分离”模拟器。两个 CPU 都应该有自己的内存硬件等。
- 运行模拟器并在每条指令之后比较寄存器和即时内存位置，例如[hl],[sp],[sp-1]...
- 在第一个差异停止，看看是什么指令导致它。
  调试它并继续，直到你“没有错误”。注意第二个内核也可能有问题，因此请谨慎调试。

当你更容易运行时使用核心测试器

使用ZEXALL Exerciser。它是 Z80 上最好的（至少从我的经验来看）。它帮助了我很多事情（我的核心现在 100% 兼容 ZEXALL）。它是针对真实硬件完成的，因此没有错误。它来自 CP/M，因此某些版本需要 64K RAM 模式 才能运行。不同的 OS/ROM 或其他任何可能导致内存访问失败的指令，因此对于那些您需要找到更正的 CRC 或与真实硬件进行比较的指令。

例如，原始 ZEXALL 在 ZX Spectrum 上会失败很多事情（就像 MSX 和 64K RAM strong> 没有 ROM），但也有针对真正的 ZX Spectrum 完成的版本，它们在 ZX Spectrum 上是 100% OK strong>（在我的模拟器上也是:)）

Z80all instruction exerciser

<adc,sbc> hl,<bc,de,hl,sp>...OK
add hl,<bc,de,hl,sp>.........OK
add ix,<bc,de,ix,sp>.........OK
add iy,<bc,de,iy,sp>.........OK
aluop a,nn...................OK
aluop a,<b,c,d,e,h,l,(hl),a>.OK
aluop a,<ixh,ixl,iyh,iyl>....OK
aluop a,(<ix,iy>+1)..........OK
bit n,(<ix,iy>+1)............OK
bit n,<b,c,d,e,h,l,(hl),a>...OK
cpd<r>.......................OK
cpi<r>.......................OK
<daa,cpl,scf,ccf>............OK
<inc,dec> a..................OK
<inc,dec> b..................OK
<inc,dec> bc.................OK
<inc,dec> c..................OK
<inc,dec> d..................OK
<inc,dec> de.................OK
<inc,dec> e..................OK
<inc,dec> h..................OK
<inc,dec> hl.................OK
<inc,dec> ix.................OK
<inc,dec> iy.................OK
<inc,dec> l..................OK
<inc,dec> (hl)...............OK
<inc,dec> sp.................OK
<inc,dec> (<ix,iy>+1)........OK
<inc,dec> ixh................OK
<inc,dec> ixl................OK
<inc,dec>  iyh...............OK
<inc,dec> iyl................OK
ld <bc,de>,(nnnn)............OK
ld hl,(nnnn).................OK
ld sp,(nnnn).................OK
ld <ix,iy>,(nnnn)............OK
ld (nnnn),<bc,de>............OK
ld (nnnn),hl.................OK
ld (nnnn),sp.................OK
ld (nnnn),<ix,iy>............OK
ld <bc,de,hl,sp>,nnnn........OK
ld <ix,iy>,nnnn..............OK
ld a,<(bc),(de)>.............OK
ld <b,c,d,e,h,l,(hl),a>,nn...OK
ld (<ix,iy>+1),nn............OK
ld <b,c,d,e>,(<ix,iy>+1).....OK
ld <h,l>,(<ix,iy>+1).........OK
ld a,(<ix,iy>+1).............OK
ld <ixh,ixl,iyh,iyl>,nn......OK
ld <bcdehla>,<bcdehla>.......OK
ld <bcdexya>,<bcdexya>.......OK
ld a,(nnnn) / ld (nnnn),a....OK
ldd<r> (1)...................OK
ldd<r> (2)...................OK
ldi<r> (1)...................OK
ldi<r> (2)...................OK
neg..........................OK
<rrd,rld>....................OK
<rlca,rrca,rla,rra>..........OK
shf/rot (<ix,iy>+1)..........OK
shf/rot <b,c,d,e,h,l,(hl),a>.OK
<set,res> n,<bcdehl(hl)a>....OK
<set,res> n,(<ix,iy>+1)......OK
ld (<ix,iy>+1),<b,c,d,e>.....OK
ld (<ix,iy>+1),<h,l>.........OK
ld (<ix,iy>+1),a.............OK
ld (<bc,de>),a...............OK
Tests complete

如果您即将使用 ZEXALL，请注意它确实是详尽的测试，并且 IIRC 在 ~50MHz 仿真上花费了大约 30-60分钟完成。而且它需要按一个键滚动几次......

如果您需要争用模型，请添加适当的测试。然后找一个。 ZX Spectrum 有许多浮动总线、中断和屏幕测试器。对于 TI 我不知道...（我不是 TI 计算器用户）

顺便说一句：你的模拟器怎么样？（你做到了吗？）

指令集

我会在此处复制我的指令集，但它有 1792 行和 121 KB，因此不符合 30 KB 的限制。相反，您可以在我的这个答案的下载链接中找到它

What's the proper implementation for hardware emulation。

它包含带有正确 OP 代码、编码时间和机器周期的“所有”ZX 指令。我花了几年时间整理所有文档，所以我正确地通过了 ZEXALL 100%。我的模拟器将这个（1792 指令）文本文件加载到init 上的核心，并在运行时配置指令解码器和处理器，所以我能够非常快速和简单地改变事情（如果检测到错误）......它为我节省了很多时间。

【讨论】：

这就是我所说的交叉口译员。我使用这种方法来更正新解释器与旧解释器的一些细节，它极大地有助于更正错误的指令。关键是让模拟器执行一个程序，而交叉解释器在两个解释器中执行指令，然后检查结果：如果有分歧，则转储细节。

【解决方案2】：

尝试看看 Sega Master System 和 Game Gear 模拟器（我很确定其中一些是开源的）。这些控制台有一个 Z80 作为 CPU，并且 ZX Spectrum也用过，http://www.worldofspectrum.org/emulators.html。

【讨论】：

【解决方案3】：

我建议您首先考虑为稍微简单但相关的 CPU 8080 编写一个模拟器。 Z80 实际上相当复杂（多字节指令、更多寻址模式、索引寄存器等），而 8080 指令非常容易解码（您可以使用 256 项查找表，作为一阶解决方案） .

如果您决定继续尝试 Z80，您为控制程序而编写的所有代码（显示、数据输入、内存转储等）都应该是可重复使用的，而且您确实应该将用户界面设计为独立于模拟处理器。

【讨论】：

我不同意解码。 Z80 指令很容易解码，将它们分解为 {2, 3, 3} 位字段。我已经做到了。
Z80 有单字节和双字节操作码（不包括地址信息）。因此，8080（只有单字节操作码）非常容易解码。此外，您需要处理的寻址模式数量在 8080 上较少。因此，编写 8080 仿真器更容易。顺便说一句，我都写过。

【解决方案4】：

米奇完全正确。从了解处理器开始。然后通过编写代码来实现特定指令来玩一下。为此使用 C++，顺便说一句，而不是 C，否则处理器的概念将不会映射到代码中的类。

在执行指令的过程中，您会发现需要定义标志和指令指针等内容。这最终会让您到达需要实现内存模型甚至 I/O 模型的地方。

您最终必须弄清楚如何将代码和数据加载到内存中，或许还需要弄清楚如何将其转储回磁盘。

只有这样你才需要在给定的指令指针处模拟代码的执行，加载到内存中。

【讨论】：

我也要感谢您的建议。

【解决方案5】：

我在这里了解了有关 Z80 和计算器组件的所有信息：http://www.ticalc.org/programming/

【讨论】：

【解决方案6】：

您似乎想要的仿真器不仅仅是一个处理器，而是一个完整的机器。您还将承担模拟其余硬件的任务，而查找相关文档很可能是等待您完成的更困难的任务。

根据您的目标，您可能希望从现有的 Z80 模拟器开始。快速搜索给出了其中的几个，但没有 TI-84 的仿真器。 simh，旧计算机仿真框架已经具有 Z80 处理器的仿真，添加其余硬件的仿真应该比从头开始更容易。即使您不走那条路，那里也有一些设计文档可以帮助您。

【讨论】：

【解决方案7】：

这有点偏题，但既然你说你没有这种类型的编程经验，你可能想从2006 ICFP programming contest 为Universal Virtual Machine 构建一个模拟器开始。这是一项需要经验丰富的程序员 90 分钟的任务，但许多没有经验的团队能够在几天内完成。当你完成模拟器后，它会解锁一堆有趣的东西，在你接触 Z80 之前这可能是一个很好的热身。

【讨论】：

【解决方案8】：

也许从看看这些开始：

一个很好的教程可以在这里找到：Independent Z80 Assembly Guide

Z80 DOCUMENTATION

The Undocumented Z80 Documented v0.91 (pdf)

The Complete Z80 Instruction Reference

Z80 Microprocessor Instruction Set Summary

【讨论】：