ゲームプログラマの落書き帳：PC-8001 で遊ぶ - 3D ダンジョン　マシン語版（前編）

3D ダンジョンマシン語版（前編）

今回は特に描画負荷が高いこともあって、BASIC ではすぐに速度的な限界が見えてしまいました。

一方で「マシン語は BASIC の 100 倍速」などと言われており、なんでも 100 倍速になるわけではないですが、誇張でもありません。200～300 倍速になることもあります。

ただ、PC-8001 実機や PasocomMini PC-8001 上でマシン語開発するのは非常に大変です。Windows 上で動作するエミュレータの利用を強く推奨します（実機を持っていない場合、ROM データの著作権問題がありますが……）。

なお、用語としては「マシン語」「機械語」「アセンブリ言語」（「アセンブラ」と言う人も多いですが）などが使われますが、ここでは「マシン語」で統一します。

はじめに

PC-8001 の CPU は Z80（厳密には互換 CPU）で、詳細は「Z80 講座」で解説しています。まずはそちらを熟読してください。

アセンブラは自作で、Windows のコマンドプロンプトから実行することを想定しています。

他のアセンブラと文法的に違う部分もある（ラベルやマクロなど）ので注意してください。

16 進数表記は「～H」も「$～」も通りますが、今回は解説も含めて「$～」で統一します（特にデータを記述する際、こちらの方が文字数が揃って便利なので）。

今回作成したのは、短い BASIC プログラムと、マシン語ソース 2 つです。3D 描画部分が長いので分けました（メインから INCLUDE しています。

メモリ配置

PC-8001 のメモリ配置は、だいたい以下の図のようになっています（システム領域の中には使える部分もありますが、推奨しません）。

マシン語を使う際は、このうち「BASIC 領域」の末尾を CLEAR 命令で狭める必要があります。たとえば $8FFF までにするなら、

?fre(0)
 26786 
Ok
clear100,&h8fff
Ok
?fre(0)
 3946 
Ok

といった感じです。これで $9000～$E9FF をマシン語で使用できます。

なお CLEAR の第 1 パラメータは文字列領域のサイズ（詳しくはこちらを参照）です。ちなみに起動直後は 300 バイト確保されています。

BASIC 部分

オールマシン語でもいいのですが、実行は BASIC から RUN するのがわかりやすいので、最低限の BASIC プログラムを作ります。

10 CLEAR 100,&H8FFF:WIDTH 40,25:CONSOLE 0,25,0,1:COLOR 7,0,0:PRINT CHR$(12)
20 DEF USR=&H9000:A=USR(0)

画面の初期化をマシン語でやるのは面倒なので、ついでに BASIC でやっておきます。

マシン語は $9000 から配置することにします。くれぐれもマシン語部分を用意する前に RUN しないでください。何が起こるかわかりません。

最低限のマシン語

まずは BASIC にすぐ戻るだけのプログラムを書いてみます。なお自作アセンブラ z80asm 用なので、他のアセンブラでは通らないかもしれません。

	ORG $9000

ENTRY:
	RET

PROG_END:
	END

ラベルは左端に記述し、命令はタブもしくはスペースをいくつか入れて記述します。

最後の END は無くてもいいですが、ここで終了ということをわかりやすくするために入れています。

このプログラムをファイル名 test.z80s で保存し、z80asm をコマンドプロンプトなどから実行します。

.\z80asm test.z80s test.cmt -m test.map
Input file : test.z80s
Pass 2...
Output file : test.cmt
Output map file : test.map
Complete.

これでカセットテープイメージ test.cmt と、マップファイル test.map が出力されます。test.map の中身は、

9000	ENTRY
9001	PROG_END

このようになります。試しに test.cmt をロード対象にして（具体的な手順は省略）、

mon
*L  （読み込み）
* （CTRL+B）
Ok

とした後、先ほどの BASIC プログラムを RUN してみて、画面初期化後すぐ Ok が出ることを確認してみてください。

疑似命令

z80asm がサポートしている疑似命令（Z80 のコードではない命令）などについて軽く解説しておきます。

ORG アドレス
プログラムの配置アドレスを指定（何度も使用可）。
END
特に何もしない（この後もコード記述可）。
ラベル EQU 定数式
ラベルの値を定義する。
DB データ列もしくは DEFB データ列
バイトデータを列挙する。ASCII 文字列を混在化。
```
	DB $12,$34,$56
	DB "Test1",0
	DB 'Test2',0
```
DW データ列もしくは DEFW データ列
ワード（16 ビット）データを列挙する（Z80 はリトルエンディアンなので、下位バイト→上位バイトの順になる）。
```
	DW $1234,$5678
	DB $34,$12,$78,$56 （等価）
```
DS バイト数もしくは DEFS バイト数
ワーク領域を確保する。
INCLUDE ファイル名
他のソースファイルを取り込む。

@@,@F,@B
@0～@9,@0F～@9F,@0B～@9B
ローカルラベルの定義／前方分岐／後方分岐。

	JR @F （前方の一番近い @@ に分岐）
@@:
	JR @B （後方の一番近い @@ に分岐）

	JR @1F （前方の一番近い @1 に分岐）
@1:
	JR @1B （後方の一番近い @1 に分岐）

マクロ名 MACRO ～ MEND
マクロを定義する。マクロ中の %1～%9 は引数に置き換え。
```
WAIT	MACRO
	LD B,%1
@@:
	DJNZ @B
	MEND

ENTRY:
	WAIT 10
```
これは以下のように展開される。
```
ENTRY:
	LD B,10
@@:
	DJNZ @B
```

ワークエリア

BASIC 版で使用している数値変数を、マシン語版ではソースの最後の方でまとめて確保することにします。

WORK_START:

PL_X:		; PX
	DS 1
PL_Y:		; PY
	DS 1
PL_Z:		; PZ
	DS 1
PL_DIR:		; PD
	DS 1
（中略）
WORK_END:

BASIC の整数変数は 16 ビット（2 バイト）ですが、8 ビットの範囲しか使っていないものは 1 バイトだけ確保しています。

数値変数は初期値 0 なので、マシン語版でも最初に、

ENTRY:
	LD HL,WORK_START
	LD DE,WORK_START+1
	LD BC,WORK_END-WORK_START-1
	LD (HL),0
	LDIR

として、一気に 0 で埋めています（ただしこのコードはワークサイズが全部で 2 バイト以上無いと暴走するので注意）。

定数定義

BASIC 版ではマップ要素の値を毎回プログラムに直書きしていましたが、マシン語では EQU 疑似命令で定数を定義しておくことで、途中で値の変更がしやすくなり、意味もわかりやすくなります。

MP_SPACE	EQU 1
MP_WALL		EQU 2
MP_OGATE	EQU 3
MP_DSTAIRS	EQU 4
MP_USTAIRS	EQU 5
MP_START	EQU 6
MP_WARP		EQU 7
MP_TRE1		EQU 8
MP_TRE2		EQU 9
MP_CGATE	EQU 32
MP_KEY		EQU 64

今回はこれくらいしか定義しませんでしたが、BASIC と違って実行速度や実行プログラムサイズへの影響は無いので、積極的に利用することをおすすめします。

データ定義

文字列データや DATA 文の内容の多くは、各ソースの後ろの方に固めてあります。

たとえばメッセージ類は「MSG_」で始まる名前で定義してあります。

MSG_MOVES:
	DB "Moves:",0
MSG_KEY:
	DB "Key:",0
MSG_TREASURE:
	DB "Treasure:",0
（中略）
MSG_START:
	DB $C0,$B6,$D7,$D3,$C9,$A6,$20,$D0,$C2,$B9,$C3,$20,$D3,$C1,$B6,$B4
	DB $DB,$B3,$21,0

MSG_START の内容は、開始時のメッセージ「ﾀｶﾗﾓﾉｦﾐﾂｹﾃﾓﾁｶｴﾛｳ!」です。ASCII コード（$20～$7E）の範囲外を含む文字列データは、このように文字コードを並べています（文字コード一覧はこちら）。

ここまでは下準備といったところです。必要なワークやデータを先にまとめて用意しておくと、コードを書くことに専念しやすいかと思います。

→マシン語版（後編）へ続く