NeoTracker - co i jak?

Praca konkursowa

       Był sobie magazyn dyskowy. Nazywał się Serious Magazine. Gdzieś w numerze jedenastym, Wielce Szanowna Redakcja tegoż Magazynu ogłosiła konkurs... Temat dowolny, forma dowolna, ma być o Atari i... najlepsze z najlepszych.

(to nie redakcja ogłosiła konkurs, tylko ja, Zenon/DIAL, a Jager maczał w tym swoje palce)

       W czym więc problem? Hehe... hmmm... ee... no... tego... nie miałem żadnego pomysłu :( ... A Redaktor Naczelny, dobry przyjaciel nas wszystkich, a mój szczególnie, napisał do mnie: "No a konkurs w Seriousie? chyba tego nie odpuścisz?". Nie mogłem więc zawieść przyjaciela. Całe wakacje myślałem, co by tu przygotować. Może jakiś modułek, ale z drugiej strony... mam tylko jeden, niezbyt dobry, no i ma pójść na msx-compo na party... A po party był już kompletny dół, bo wena mnie kompletnie opuściła. Ale, ale...

       Z nieco innej beczki. Parę razy rozmawialiśmy z Pinokiem o tym, jaka ta Inertia i jaki ten ProTracker jest be i w ogóle. A bo cośtam mu dłuższe modułki się sypią. A bo nie obsługuje podkatalogów i w dodatku tylko kilka modułów na jednym dysku. A on ma HDD, więc go to boli. I ja go rozumiem... A chciałem coś takiego napisać. Ale był jeden problem: skąd taki nieuk jak ja może wiedzieć, jak odtwarzać sample z różną częstotliwością? Aż wstyd się przyznać, jakie absurdalne pomysły przychodziły mi do głowy, zanim... nadszedł TEN dzień: 12.08.07d2...

       W nocy z soboty na niedzielę nie mogłem zasnąć i mniej więcej o wpół do trzeciej, po dwóch godzinach przewracania się z boku na bok... Wpadłem na tak prostą rzecz, że teraz wstyd się przyznać, że kończąc 16 lat o niej nie wiedziałem. O sssooo choozzziii? ;)

       Przypomniał mi się wtedy artykuł Krógera "Siedemnastobitowa arytmetyka" a dokładniej... ułamki binarne. Boże na wysokim niebie, czemu ja na to wcześniej nie wpadłem?! Przecież żeby odtwarzać sample z różną częstotliwością, wystarczy zwiększać adres aktualnie odtwarzanej próbki nie co 1, tylko o mniejsze lub większe wartości, często niecałkowite, a właściwa częstotliwość odtwarzania pozostaje stała! No... dobra, to wiedziałem już nieco wcześniej, aż taki głupi nie jestem. Tylko że we łbie mi się nie mieściło, jak można dodawać ułamki z taką szybkością, żeby częstotliwość odtwarzania nie powodowała odruchu zwanego przez X-Ray'a (gtx!) "zamykaniem uszu". Jak by to ujęły osoby pokroju koleżanek mojej siostry: "Obciach po maksie!"

       Kiedy tylko się obudziłem, zacząłem robić tablice częstotliwości, pchełkę w QA, żeby potwierdzić oczywistą hipotezę i kiedy udało mi się odpalić melodyjkę na samplu w 15kHz, to ciśnienie tak mi podskoczyło, że pisałem na pełnych obrotach przez dwa tygodnie aż wreszcie skończyłem. Jednak zanim skończyłem, miałem trochę przygód. Od początku:

       Następnego dnia miałem już kilka procek, ekran i przede wszystkim nazwę: NEOTRACKER. Ponieważ poetą nie jestem, więc na nic lepszego nie było mnie stać. Zmysł estetyczny też mam wątły (ale mam! ;)) i dlatego program wygląda, tak jak wygląda. Spieszyło mi się, bo w tzw. "międzyczasie" wpadłem na kolejny genialny pomysł... Oto jest moja praca na konkurs najpoczytniejszego maga na Atari! Ale wtedy dostałem "spida"... ;)

       Dnia 15.08.07d2, czyli, jak to się mówi, w środę wieczorem, nastąpiło pierwsze odpalenie modułku w NeoTrackerze. MASAKRA - częstotliwość co pięć linii... 3.1kHz. Gratulacje. Ale się nie poddałem. Cały tydzień ciężko pracowałem, aby przyspieszyć ją przynajmniej do 11kHz, bo kiedy postawiłem pierwsze LDA w kodzie Neo, zawziąłem się, że będzie to cacuszko, więc jakbym nie przebił częstotliwości odtwarzania z Inertii, to chyba bym się powiesił. Tyle roboty i taka plama? Po kolei więc wywalam wszystkie śmieci: adresowanie pośrednie, jakieś liczniki, w końcu całość ląduje na stronie zerowej, kontrolę naciśnięcia spacji dodałem do przerwania taktującego (czyli do czegoś, co w "normalnych" atarowskich tracker-ach nazywa się "player-em co ramkę"), duża część danych jest pobierana w trybie natychmiastowym (niech żyje assembler i automodyfikacja!) ...

       Kiedy doszedłem do 10.95kHz, ciągle byłem pewien, że można więcej. Ale nie miałem pomysłów. Odpaliłem Inertię wcisnąłem SELECT+RESET, potem RETURN. szukam playerka sampli w kodzie. Jest. Be. Co zobaczyłem? Dokładnie to samo, co u mnie, tylko gorzej, bo w Neo taktowanie już było na przerwaniu, a IP po prostu odlicza do $D8, po czym wywołuje "ramkę". Strata czasu. Profi widać dał się zwieść nie do końca prawdziwej teorii, że odłączenie przerwań przyspiesza działanie programu. Umiejętne wykorzystanie przerwania pozwala zaoszczędzić sporo czasu na odliczaniu. Wystarczy podmienić zawartość wektora NMIVEC...

       W niedzielę wieczorem przyszło kolejne olśnienie. Zaraz! Po co mam porównywać adres próbki z adresem końca sampla, skoro wystarczy go tak umieścić, aby ostatni bajt był pod $7FFF, a przekroczenie przez starszy bajt adresu wartości $7F spowoduje ustawienie bitu N rejestru znaczników. A więc... jedno BPL i kłopot z głowy! Błogosławiony niech będzie ten, kto ustawił pamięć dodatkową w obszarze $4000-$7FFF! Chociaż... Gdyby była w $8000-$BFFF, to można by zastosować podobny trik. Jak? Zgadnijcie sami! :)

       Ostatecznie na początku następnego tygodnia procedura odtwarzająca była już kompletna, a wyglądała tak: (listing dla X-Assemblera 2.5)

         opt   h-
         org   $00     ;cykli  suma

 songpsl lda   #0         2    2
 t1bnk   equ   *-1
         sta   ^31        4    6
         lda   #0         2    8
 t1ind   equ   *-1
         adc   #0         2    10
 t1frq_l equ   *-1
         sta   z:t1ind    3    13
         lda   z:t1iadr   3    16
         adc   #0         2    18
 t1frq_h equ   *-1
         sta   z:t1iadr   3    21
         bcc   play1      3/4  24/25
         inc   z:t1iadr+1 5    29
         bpl   play1      3/4  32/33
         lda   #0         2    34
 t1rep_l equ   *-1
         sta   z:t1iadr   3    37
         lda   #0         2    39
 t1rep_h equ   *-1
         sta   z:t1iadr+1 3    42
         jmp   spslt2     3    45
 play1   ldx   $4000      4    29/37
 t1iadr  equ   *-2
         lda   $d800,x    4    33/41
 t1vol_  equ   *-1
         sta   $d600      4    37/45
 t1pflg  equ   *-1

       I jeszcze trzy razy dla kolejnych trzech kanałów (każdy zaczyna się od etykiety spsltř, gdzie ř to numer kanału) to samo, oraz na samym końcu jmp songpsl zajmujące 3 cykle.

       Algorytm, z którego wynika treść tej pętelki jest opisany w innym artku, tutaj ograniczę się do opisu samej procki.

       Kolejne etykiety oznaczają:

songpsl	początek pętli odtwarzającej sample w oknie song (dla paternów i pojedynczych sampli są osobne procki)
t1bnk	kod banku na danej ścieżce
t1ind	ułamkowa część adresu
t1frq_l/h	okres dźwięku względem częstotliwości bazowej
t1rep_l/h	adres początku pętli
spslt2	początek fragmentu obsługującego kolejną ścieżkę
play1	tu zaczyna się właściwa "odtwarzarka" ;)
t1iadr	adres próbki
t1ivol_	adres tablicy głośności (od $D800 zaczyna się tablica dla vol=$00 i tak co stronę aż do $F000, gdzie jest tablica dla vol=$40)
t1pflg	jeżeli ścieżka jest wyłączona, to tutaj zamiast $d6 program wpisuje $FF, żeby na tej ścieżce nic nie grało, a jednocześnie żeby nie tracić czasu na sprawdzanie innych zmiennych (ma grać, czy nie?)

       W ostatniej kolumnie z prawej strony cykle są sumowane, ostateczne wartości po zakończeniu działania tej części pętli są odpowiednio wyróżnione. Widać więc, że pojedynczy kanał jest obsługiwany w czasie 37 lub 45 cykli, przy czym ta druga wartość występuje średnio raz na jakieś 190 wywołań. Zależy to od wysokości sampli na poszczególnych kanałach i od pozycji początku pętli. Liczby te są wyraźnie mniejsze niż w Inertii, mniejsza jest też różnica między nimi, dzięki czemu częstotliwość odtwarzania jest większa i bardziej stabilna. A ile wynosi? W sumie procedura zajmuje 4*37+3= 155 cykli. Raz na owo statystyczne 190 może mieć 4*45+3= 183 cykle. Zegar procesora ma w ciągu sekundy 1778400 cykle, tak więc częstotliwość powtarzania się naszej pętli to około...

190*1778400/(189*151+183) Hz
(mam nadzieję, że sposób wyprowadzenia wzoru jest dla wszystkich jasny)

       czyli... uwaga, uwaga... 11764 Hz

       A więc możemy przyjąć, że jest to 11.7 kHz. W tym momencie mnie zatkało, bo na potrzeby tego opisu przeliczałem cykle i częstotliwość jeszcze raz i okazało się, że wcześniej popełniłem błąd, uznając, że częstotliwość wynosi 11.3 kHz. Szok. Ale bardzo miły :)

       To tyle odnośnie samego odtwarzania sampli. Pozostałe "sztuczki", których opis wedle regulaminu jest "wskazany", nie są już tak spektakularne.

       Procedura play_song odpowiedzialna za odtwarzanie muzyki przenosi pętlę odtwarzającą na stronę zerową, odłącza ROM i przerwania, inicjuje zmienne, ustawia wektor przerwań NMI na adres początku playera i włącza przerwanie VBLANK.

       Player jest wywoływany na przerwaniu VBLANK, bezpośrednio z wektora NMIVEC. Na samym początku procka zapamiętuje zawartość akumulatora. Następnie sprawdza, czy wciśnięto spację, co oznacza że należy przerwać odgrywanie. Następuje wtedy przejście do procedury kończącej odgrywanie - zdejmuje ona ze stosu wartość akumulatora oraz 3 bajty dla RTI, przywraca poprzednią zawartość strony zerowej, włącza ROM i przerwania oraz resetuje klawiaturę.

       Jeżeli spacja nie została wciśnięta, to w dalszej części zmniejszany jest licznik kontrolujący tempo odtwarzania muzyki, jeżeli osiągnie zero, to jest on ustawiany na aktualną wartość tempa i rozpoczyna się dekodowanie paternów, które nie jest jakoś szczególnie interesujące pod względem "tricków". Charakterystyczne jest tylko to, że jeżeli nastąpiło przejście do kolejnej linii w paternach (po każdym wyzerowaniu licznika), to na końcu procedury przerwania playera ze stosu zdejmowane są cztery bajty (akumulator oraz F i PC-1 dla RTI) i następuje skok do początku procedury odtwarzającej sample (songpsl = $00). Dlaczego? Ano dlatego, że wywołanie przerwania mogło wystąpić np. w połowie zwiększania adresów na którymś kanale, a w czasie tego przerwania na tym kanale pojawił się nowy dźwięk i jego adres został umieszczony w procedurze. Tak więc końcowym efektem braku takiego zabezpieczenia będzie w najlepszym wypadku "pykanie" w głośnikach. W najgorszym - mogłyby pojawić się "zgrzyty". Skąd wiem? Gdybym tego nie zaobserwował, to zabezpieczenia tego by nie było. :)

       Normalne wyjście z procedury przerwania (PLA, RTI) następuje tylko jeśli licznik taktujący odtwarzanie nie osiągnął jeszcze zera.

       Wszystkie te cuda napisałem sam, za wyjątkiem procedury wykrywającej XMS autorstwa Foxa/TQA (Syzygy #7). Moja jakoś nie chciała działać na kompach z pamięcią poniżej 1MB... ;) a brakło mi czasu na szukanie pluskwy.

       I to już chyba wszystkie szczegóły techniczne dotyczące nowinek obecnych w NeoTrackerze.

       Wiecie już chyba, że staliście się ofiarami mojej nudy i spóźnionego geniuszu? ;) ... hmm... Do programu miał być pierwotnie dołączony jeszcze program NeoPlayer do odtwarzania modułów .NEO i .MOD oraz pchełka do konwersji MODów na format NeoTrackera. Niestety, za słabo się starałem. W końcu zaczęła się szkoła i wszystko trafił szlag. Ale ciągle pracuję - kompletne archiwum (Neo 1.0) będzie dostępne już niedługo, a kolejne, dużo bardziej rozbudowane wersje już... tuż tuż :) ...

       A póki co miłej zabawy i równie ciekawych doświadczeń, jak te przy pisaniu NeoTrackera, życzy

epi/Allegresse