ソフトウェア音源　『μ』（ｔｕｒｂｏＲ用）

仕様説明（仮設）

○μの基本性能
　
　
○μの内部構造
　
　
○メモリマネージャー
　
　
○初期設定
　
　
○操作プログラム
　
　
○実行例
　
　

《《　μの基本性能　》》

サンプリングレートは１５．７ＫＨｚ。
チャンネル数は２〜８、設定後は可変・固定周波の組み合わせを自由に選択できます。
音量は６４段階。１／６０秒単位の指定が可能です。
１周波２５６バイトを音色として割り当て、３１．４ＫＨｚのレートで計算します。
サンプリングモードでは再生速度を変更して音階を付ける事が可能です。
※中央値０は８０ｈ
データの制限はなく、メモリが許す限り再生できます。
音声データは2bitと4bit形式（混在可）の非可逆圧縮した物を使用します。
ＡＤＰＣＭに近い形式です。
可変周波は１チャンネル当り１０％、固定周波だと１５％必要で、
更にユーザー側がＰＣＭへデータ転送する際に１０％程度消費されます。
例えば、可変・固定周波をそれぞれ２チャンネルずつ指定した場合、
計算に１０×２＋１５×２で５０％、
PCM転送に（１００％−５０％）×１０％で５％消費すると考えられ、
合計５５％の負担という事になります。
ユーザー側は、転送用にＩＸレジスタを確保し、
プログラム中２８０ステート以内に
『　DB.A4.B7.28.07.DD.7E.00.D3.A4.DD.23　』
もしくは
『　C7（RST 00H）　』
のコードを書いて下さい。これでＰＣＭへのアクセスは完了します。
▽詳細については後述の実行例を参照して下さい
Ａ１ＳＴでは、曲の内容によって音割れやノイズ等が発生する事があり、
又、ＧＴに比べ高音が出にくい等の症状が確認されています。

《《　μの内部構造　》》

μでは、１／６０秒毎に発生する割り込みを使って
PCMに出力するデータの計算を行っています。
ここで簡単に処理を説明すると、
　
チャンネル毎に　　　　　　各チャンネルの
可変・固定周波の　　→　　計算結果を合成し　　→　　Ｉ／Ｏ出力
計算を行う　　　　　　　　バッファに転送
という流れになっており、発音はμの仮想レジスタによって制御されます。
バッファについては計算時間を考慮して１／３０秒分確保していますが、
これにより発音が同時間、更に固定周波はノイズ除去のため約１／２０００秒余分に遅れます。
サンプリング指定 (0) 固定波形再生（ＳＣＣエミュレーター等）
00h - 0Fh ： 可変周波の音色　 ： ポインタ下位上位(２バイト) × ８チャンネル
10h - 1Fh ： 可変周波の周波数 ： 下位上位(２バイト)(*1) × ８チャンネル
20h - 27h ： 可変周波の音量　 ： ００〜３Ｆｈ(１バイト) × ８チャンネル
サンプリング指定 (1) 連続波形再生（サンプリング再生）
00h - 0Fh ： 可変周波の音色　 ： ポインタの格納アドレス下位上位(２バイト) × ８チャンネル
10h - 1Fh ： 可変周波の周波数 ： 下位上位(２バイト)(*2) × ８チャンネル
20h - 27h ： 可変周波の音量　 ： ００〜３Ｆｈ(１バイト) × ８チャンネル
   7Dh    ： サンプリング指定 ： ビットが１の時有効(可変周波のみ)
   7Eh    ： 可変・固定の選択 ： 各ビットがチャンネルに対応(0:可変周波 1:固定周波)
   7Fh    ： 波形のリセット　 ： ビットが１の時にリセットされます(*3)
80h - FFh ： 固定周波の設定　 ： １６バイト(*4) × ８チャンネル
　
(*1)　ｆ＝０．４７９１２ｎ　例えば「ラ」の音(440Hz)なら ０３９６ｈ となります。
(*2)　再生速度×１２８。
　　　音階を付けずに15.7KHzのサンプリングデータをそのまま鳴らしたい場合は ００８０ｈ となります。
　　　設定する値は００Ｆ６ｈ（約１．９２倍）までにして下さい。
(*3)　固定周波が選択されている場合は出力計算の初期化、
　　　可変周波なら強制的に波形データの最初から参照されます。
　　　μは１周波が終わるまで次の波形に更新しない仕様のため、
　　　発音時の波形を揃えたい場合又は、サンプリング再生の最初に指定して下さい。
　　　尚、設定後に０クリアする必要はありません。
(*4)　＋１からの２バイトがポインタ、＋５が音量、＋６が再生形式で、
　　　以上４バイトがユーザー側が設定してもよい場所です。
　　　▽詳細については後述の実行例を参照して下さい
0000h - 000Bh ： ＰＣＭ出力(RST 00H)
000Ch - 000Dh ： 内部エラーアドレス
    000Eh     ： ＰＣＭ出力数(１／１２０秒分で、１２９〜１３３の値を取る)
    000Fh     ： フレームカウンタ(割り込み発生後にインクリメントされる)
0010h - 0012h ： 内部で使用
0013h - 0014h ： reserved
    0015h     ： ＭＳＸ−ＤＯＳ２が使用するバンク
0016h - 0017h ： ＦＭ音源のＩ／Ｏウェイト
0018h - 001Ah ： 内部で使用
001Bh - 001Fh ： 割り込みフック１(基本処理後に呼ばれる(*1))
0020h - 0022h ： 内部で使用
0023h - 0027h ： 割り込みフック２(μの基本処理後に呼ばれる(*2))
0028h - 0037h ： ユーザー側で使用可能
0038h - 00FFh ： 割り込み処理
0100h - 03FFh ： ユーザー側で使用可能
0400h - 0BFFh ： ＰＣＭ出力変換表
0C00h - 0CFFh ： メモリマッパー
0D00h - 0DFFh ： μレジスタ
0E00h - 0EFFh ： ＰＳＧ・ＦＭ音源レジスタ
0F00h - 1347h ： ＰＣＭバッファ
1348h - 1EE3h ： ワークエリア
1EE4h - 2187h ： 基本プログラム(一部)
2188h - 244Bh ： 操作プログラム
244Ch - 3FFFh ： ユーザー側で使用可能
(*1)　割り込み発生時、ＣレジスタにVDPの読取情報を入れてコールされます。
　　　拡張する場合は、直後に１１９ステート消費されている事と
　　　終了時にＰＣＭへのアクセスを行って下さい。
　　　この時、ＣＹフラグがクリアされているとμの演奏処理は行われません。
　　　※ＢＣ・ＤＥ・ＨＬ・ＡＦレジスタは破壊しても構いません
(*2)　ここを拡張してμの演奏を行います。
　　　必要な処理を任意で追加して下さい。制約は特にありません。
μの実行に際して致命的な障害が生じた場合は
Ａレジスタにエラー番号をセットした後、
アドレスの０００Ｃ・０００Ｄｈの内容が示すアドレスにジャンプします。
　
００ｈ　：　メモリ不足
０１ｈ　：　フレームオーバー
　
エラー発生時は全て処理を中止して復旧処理
もしくはプログラムの見直しを行って下さい。

《《　メモリマネージャー　》》

ＰＣＭの計算をするには大量のメモリが必要となる訳ですが、
μではメモリマネージャーが管理するメモリを使って処理を行っています。
管理できる容量は２５６Ｋ〜５１２Ｋバイト。
２５６バイトを１単位とし、アクセスはポインタを媒介としてやり取りされます。
又、ここで言うポインタとは２バイトの数値で
上位がメモリのバンク・下位がアドレスを示しており
例えば、値が０３１２ｈならバンク３の＋１２００ｈという事になります。
★領域の割り当て（準備）
　１ＦＣ５ｈ　　入力：　ＤＥ＝ポインタ　Ｂ＝割り当てる単位数
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：
　　　　　　　　使用：　ページ１
　
メモリマネージャーにメモリを管理させる領域を指定します。
例：バンク７の＋８００ｈ〜＋３ＦＦＦｈまでを割り当てたいなら、
　　　ＤＥ＝０７０８ｈ　Ｂ＝３８ｈとなります。
※一度割り当てたメモリは元に戻す事はできません
　
★メモリの要求
　１ＦＥＡｈ　　入力：　ＤＥ＝要求する単位数
　　　　　　　　出力：　ＤＥ＝ポインタ
　　　　　　　　破壊：　ＡＦ・ＡＦ’
　　　　　　　　使用：　ページ１
　
メモリを要求します。この時、要求量が１である場合、
返されるポインタは直接そのメモリを示します。
※メモリが足りない場合は内部エラーとなります
　
★メモリの開放
　２０７９ｈ　　入力：　ＤＥ＝ポインタ
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：　ＤＥ・ＡＦ
　　　　　　　　使用：　ページ１
　
メモリを開放します。
　
★読み込み
　２０Ｄ２ｈ　　入力：　ＤＥ＝ポインタ 　 　Ｈ＝上位アドレス 　 Ａ＝単位数
　　　　　　　　出力：　ＤＥ＝ポインタ(次)　Ｈ＝上位アドレス(次)
　　　　　　　　　　　　Ｚ’フラグ（ＯＮで終了）
　　　　　　　　破壊：　ＡＦ・ＡＦ’
　　　　　　　　使用：　ページ１・２
　
確保されたメモリ領域からレジスタHが示すアドレスにブロック転送を行います。
領域が大きい等の理由で転送範囲を小さくした場合は
途中のポインタが返されますので、続行させる時はその値を指定して下さい。
　
★書き込み
　２０Ｄ７ｈ　　入力：　ＤＥ＝ポインタ 　 　Ｈ＝上位アドレス 　 Ａ＝単位数
　　　　　　　　出力：　ＤＥ＝ポインタ(次)　Ｈ＝上位アドレス(次)
　　　　　　　　　　　　Ｚ’フラグ（ＯＮで終了）
　　　　　　　　破壊：　ＡＦ・ＡＦ’
　　　　　　　　使用：　ページ１・２
　
確保されたメモリ領域にレジスタHが示すアドレスからブロック転送を行います。
領域が大きい等の理由で転送範囲を小さくした場合は
途中のポインタが返されますので、続行させる時はその値を指定して下さい。
　
★メモリ容量の取得
　２１６Ｆｈ　　入力：
　　　　　　　　出力：　ＤＥ＝単位数
　　　　　　　　破壊：　Ｆ
　　　　　　　　使用：
　
メモリ容量の残りを取得します。
尚、このルーチンはＰＣＭへのアクセスを行っていません。
実行時に３４ステート消費される事に注意して下さい。
　
＜初期値＞
A1ST　　　６８ブロック　 17,408バイト
A1GT　１０７６ブロック　275,456バイト
　

《《　初期設定　》》

BASICからμBIOSを起動させると、R800 ROMモードに設定された後、
メモリはMSX-DOS領域と一部のバンクを除いて
全てメモリマネージャーの管理下に置かれます。
μBIOSが使用するメモリバンクは
02h.03h.04h.05hで、ページ０（メモリマップ参照）は02hとなっており、
ユーザー側は
00h.01h.06h.07h.08h.09h.0Ch.0Dh.0Eh.0Fhのバンクが使用可能です。
これは機種によるメモリ容量の違いに関係なく使う事を目的としています。
★初期化
　Ｃ０００ｈ　　入力：
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：　全て
　
ここからμが組み込まれます。BASICからコールして下さい。
　
★チャンネル数及びマスターボリュームの設定
　１ＥＥ４ｈ　　入力：　Ａ＝チャンネル数(４〜８)　ＤＥ＝音量
　　　　　　　　　　　　Ｂ＝補整率(00h-80h)
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：　全て
　　　　　　　　使用：　ページ３
　
チャンネル数の設定、及び各チャンネルの合計値から
ＰＣＭに出力する値を算出するための変換表を作成します。
音量は、８００ｈの時に合計値と出力値が同じに、
又、合計値が出力の限界に近付くと
補整率が０に近い程大きく補整される様になっています。
※演奏中にコールした場合、動作の保証はできません
　
★ＰＣＭバッファのクリア
　１Ｆ０６ｈ　　入力：
　　　　　　　　出力：　ＩＸレジスタの設定
　　　　　　　　破壊：　Ｆ・裏レジスタ全て
　　　　　　　　使用：
　
ＰＣＭバッファの内容を無音状態にクリアします。
初期設定時又はディスクアクセス等で演奏を停止した場合に必要です。
※演奏中（実行中）には使用しないで下さい
　
★演奏開始
　１Ｆ１９ｈ　　入力：
　　　　　　　　出力：　ＩＸレジスタの設定
　　　　　　　　破壊：　表レジスタ全て
　　　　　　　　使用：
　
演奏準備をした後、割り込みのタイミングが取れ次第、演奏を開始します。
　
★ＰＣＭ計算
　１Ｆ６２ｈ　　入力：
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：　全て
　　　　　　　　使用：　ページ１・２・３
　
μレジスタを参照し、ＰＣＭの出力計算を行います。
割り込みフック２からコールして下さい。
※処理が終了する前に再び呼び出された場合は内部エラーとなります
μは一部のプログラムを除きＳＰの操作を行っていません。
このため、実行時に使用ページ上にＳＰがあった場合は問題が発生します。
無用の混乱を避ける為にもＳＰはページ０か３に置くのが望ましいでしょう。
尚、割り込みフック２では１５０バイト程スタックを確保しています。
これ以上必要な場合はユーザー側で工面して下さい。

《《　操作プログラム　》》

これらのプログラムは無くても動作に支障はありません。
必要無いならデータを破壊しても構いません。
★ブロック転送
　２１８８ｈ　　入力：　ＨＬ＝転送元　ＤＥ＝転送先　ＢＣ＝転送長
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：　表レジスタ全て
　　　　　　　　使用：
　
アセンブラで言う所のＬＤＩＲと同じ働きをします。
　
★波形の補間計算（設定）
　２１ＥＦｈ　　入力：　ＨＬ＝基準データアドレス　ＤＥ＝ポインタ
　　　　　　　　　　　　Ａ＝データ長(０〜６)　Ｃ＝補間係数
　　　　　　　　出力：
　　　　　　　　破壊：　表レジスタ全て・ＡＦ’・ＩＹ
　　　　　　　　使用：　ページ１・２
　
ＨＬが示す基準データから２５６バイト長の波形データを作成します。
次項の計算ルーチンと併用して下さい。
データ長は２＾（ｎ＋１）バイトで、
補間係数は小さくなるほど高周波成分を多く含む様になり、
大きくすると三角波の様ななだらかな音色になります。
　
★波形の補間計算（計算）
　２４２Ｃｈ　　入力：
　　　　　　　　出力：　Ｚフラグ（クリアで終了）
　　　　　　　　破壊：　表レジスタ全て・ＡＦ’・ＩＹ
　　　　　　　　使用：　ページ１
　
前項のルーチンで設定後、分割して計算を行います。
これは、１つのデータを作成するのに
５０％も消費（１／６０秒換算）される事に対しての対応処置で、
設定ルーチンも同様に１回当たり２％程度消費されます。
　

《《　実行例　》》

ここでは
実際どの様にしてルーチンを呼び出すのか、使い方とその手順を説明します。
尚、アドレスや引数等は現バージョンでの話です。
今後変更される可能性は十分にあります。
BASICからμBIOSを読み込み、初期化を実行。全てはここから始まります。
μを動かすには全てのページをメインメモリに変えて、
メモリマネージャーに管理させてもよいメモリ領域を割り当てて下さい。
起動時に多少は割り当てていますが、
Ａ１ＳＴのメモリ容量では足りなくなると思われます。
　
又、スロット切替・拡張メモリについてはμは全く感知していません。
ユーザー側が必要とする場合は任意でプログラムを組み込んで下さい。
初期化が終わったら割り込みの禁止・解除を行って下さい。
μでは割り込み処理時以外 割り込み制御を行っておらず、
拡張する際は重複してイベントを発生させない様注意が必要です。
例えば、メモリの要求・開放時に割り込みが発生して
割り込み処理中に再び同様の処理が行われれば誤作動を起こします。
特に走査線割り込み等を使う場合は、
禁止・解除及びプログラムの組み立て等 十分考慮して下さい。
　
割り込みが発生するとフック１、
そして何も拡張されていなければフック２が呼ばれます。
又、演奏開始は主にタイミングを取るのが目的で
コールしなければフック２が呼ばれないという訳ではありません。
ＰＣＭバッファとμレジスタのクリアは演奏前に必ず行って下さい。
チャンネル０・２で音を鳴らす例を示します。
　
初期化を行った後はチャンネル数及び音量の設定が必要です。
仮に４チャンネル構成、補整を掛け
合計値が最大で約２チャンネル分だと想定すると
Ａ＝４、ＤＥ＝４００ｈ、Ｂ＝００ｈ、となります。
　
次は発音の準備。
まず割り込みを禁止して、フック２に
ユーザー側で用意した発音ルーチンへジャンプするプログラムを書きます。
発音ルーチンではμレジスタに必要な書き込みを行った後、
ＰＣＭ計算を呼び出して下さい。
　
接続準備が出来たら演奏開始を実行し、割り込みを解除すれば
割り込みのタイミングを取って演奏が開始されます。
（制御が十分であるなら割り込みの禁止・解除は必要ありません）
　
それでは、「ラ」の音(440Hz)と「シ」の音(494Hz)を出してみましょう。
最初は音色指定（後述の音色作成参照）、
μレジスタの００ｈ・０１ｈ、０４ｈ・０５ｈにそれぞれ下位上位と設定します。
　
次に周波数、
ｆ＝０．４７９１２ｎなので、μレジスタの
１０ｈ・１１ｈ、１４ｈ・１５ｈにそれぞれ下位上位（９６ｈ・０３ｈ、０７ｈ・０４ｈ）、
音量はμレジスタの２０ｈ、２２ｈにそれぞれ３Ｆｈ（最大）とします。
　
最後にサンプリング指定・組み合わせ・波形リセットの設定。
μレジスタの７Ｄｈ・７Ｅｈに００ｈ、７Ｆｈに０５ｈと書き込めば完了です。
２５６バイト長の音色データを作るまでの手順を説明します。
　
まずはメモリの確保、
メモリマネージャーを使用しない場合はユーザー側が任意に用意し、
そうでない場合は、ＤＥ＝０００１ｈとしてメモリの要求を行って下さい。
又、この時返されるポインタはメモリを開放する際にも必要ですので
必ず保存して置いて下さい。
　
メモリが確保できたら、次は補間計算です。
仮に１周波３２バイトのデータを用意していたとすると、
ＨＬ＝データのアドレス、ＤＥ＝返されたポインタ、Ａ＝４、
補間係数Ｃは０４ｈとでもしておき、補間計算（設定）をコールします。
その後、補間計算（計算）をＺフラグがＯＮの間ループでコールして下さい。
これで音色が１つ作成できました。
サンプリングを再生させるまでの手順を説明します。
　
ここでも基本はメモリの確保からです。
まず、メモリマネージャーから必要量のメモリを要求して下さい。
　
ＭＩＯ形式のデータは、
始めの１バイトが再生形式でその後２５６バイト単位で中身のデータが続きます。
再生形式は再生時に使用しますので記録しておいて下さい。
　
メモリ上に読み込んだらアドレスの下位を０に揃えて、
返されたポインタに中身のデータを転送して下さい。
　
それではチャンネル１で鳴らしてみましょう。
可変周波の時と同様に準備をした後、
μレジスタの９１ｈ・９２ｈに返されたポインタの下位上位、
９５ｈに音量、９６ｈに再生形式を設定して下さい。
　
サンプリング指定・組み合わせ・波形リセットの設定は
μレジスタの７Ｄｈに００ｈ、７Ｅｈに０２ｈ、７Ｆｈに０２ｈと書き込めば完了です。
※再生が終了したらポインタに０３００ｈの値が書き込まれます
※７Ｆｈに書き込むのは、最初と組み合わせ（可変周波・固定周波）を変更する時だけで構いません
チャンネル３で再生速度を変更してサンプリング再生する例を示します。
メモリマネージャーから必要量のメモリを要求して下さい。
但し、ＤＥ＝０００１ｈを指定してデータ全ての連続したアドレスを保存する必要があります。
データの終端にはポインタとして０３０１ｈの値を書き込んで下さい。
　
μレジスタの０６ｈ・０７ｈにポインタが格納されたアドレス下位上位を設定。
μレジスタの１６ｈ・１７ｈに再生速度の下位上位を設定。（速度×１２８）
μレジスタの２３ｈに音量を設定。
ポインタが格納されたデータはページ０に置いて下さい。
　
サンプリング指定・組み合わせ・波形リセットの設定。
μレジスタの７Ｄｈに０８ｈ、７Ｅｈに００ｈ、７Ｆｈに０８ｈと書き込めば完了です。
※なるべくサンプリングレートの高いデータを使用しないと音痴になります
ＭＳＸ ｔｕｒｂｏＲのＰＣＭとは一体何なのか！？
悪く言えば、ただのＤ／Ａコンバータ。
良く言えば、バッファ容量１バイトのＰＣＭ音源。
PCMを生かすも殺すもユーザーの努力次第と言った所でしょうか。
ユーザー側がＰＣＭへ定期的にアクセスする事でこの音源は成り立ちます。
プログラムの特性を考えて なるべく最適な配置を考えて下さい。
　
ＰＣＭの周期は４５６クロック。
（ここで言うクロックとは、ＣＰＵの動作が７．１６ＭＨｚとして換算したもので
ＤＲＡＭリフレッシュを含まないステートとは別の表現をしています）
実質的には この期間内にアクセスすれば問題ないのですが、
割り込みの発生等を考慮すると
なるべく２８０ステート以内に配置するのが良いと思われます。
　
又、ＶＲＡＭアクセスの際６２クロック未満はウェイトが掛かる事から
ダミー命令等でタイミングを取る必要はないと思われているかも知れません。
しかし、ウェイトが掛かるとＰＣＭにノイズが入る事が確認されています。
　
ＩＸレジスタについて。
μ内部でも当然ほとんどのルーチンでＰＣＭアクセスが行われ
その都度ＩＸレジスタが変化しています。
演奏中でない時に例えば大量のメモリを読み書き・転送したりすると、
場合によってはＰＣＭバッファ（メモリマップ参照）から出る可能性があります。
処理に時間が掛かる場合は
必要に応じてＩＸレジスタをＰＣＭバッファの最初の位置に戻して下さい。
但し、一時的であってもＩＸレジスタを使って演算を行ったり
直接ＰＣＭのＩ／Ｏを操作してはいけません。
システムは
単にＩＸレジスタを管理しているだけではなく その命令自体を監視しています。
割り込みを許可しているのであれば割り込みフック２に
『　DD.21.00.0F.C9　』
の５バイトを書き込むのが最も簡単です。
　
ちなみに、サブルーチンの最後にアクセスを行うのなら
『　DB.A4.B7.C8.DD.7E.00.D3.A4.DD.23.C9　』
と書いても構いません。



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