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YMF825で楽器づくり「FM音源キーボード」マシン語で高速SPI、IchigoJamでまなぶ ARMマシン語入門その9

2017/08/15 23:55:00
#IchigoJam #music #asm 

FM音源チップ、YMF825、IchigoJam BASICで鳴ったので、次は楽器づくり!
問題は、BASICでは遅いこと。音を鳴らすための2byteのSPI送信5回に、0.73秒もかかっているので、ゆっくりチャイムを鳴らすくらいしか使えません。
* SPIとは、クロックに合わせて信号を送受信するシンプルな通信方式 (SPI on Wikipedia)


FM音源キーボード on IchigoJam デモ動画

おや!?小気味よく鳴ってますね!これがマシン語パワーです!
復習を兼ねて、OUTポートをマシン語で使う実験をしてみます。(参考、マシン語でLEDを光らせよう

LEDが接続されている端子は、PIO1_5、アドレスとしてはPIO1のベースアドレス#50010000に、2進数の`10000000(= 1&<&<(5+2))を加えた場所に書き込めばOK!

@LED1 R3=#50 ' R3=#50010000 R3=R3<<8 R3=R3+1 R3=R3<<16 R2=`10000000 R3=R3+R2 R2=R2>>2 [R3]L=R2 ' GPIO1_5 <- 1 RET

asm15アセンブラを使うか、ハンドアセンブルして、できたマシン語コードを動かしてマシン語でLED1!

POKE#700,80,35,27,2,91,28,27,4,128,34,155,24,146,8,26,96,112,71 ?USR(#700,0)

次はBASICでつくったSPI送信をマシン語化します。

@SPIW:OUT4,0:FORI=0TO15:OUT2,0:OUT3,N>>(15-I)&1:OUT2,1:NEXT:OUT4,1:RTN

まずは分解!

OUT4,0 FORI=0TO15 F=N>>(15-I)&1 OUT2,0:OUT3,F OUT2,1 NEXT OUT4,1 RTN

ひとつずつマシン語化すれば、できあがり!

@SPIW R3=#50 ' R3=#50010000 R3=R3<<8 R3=R3+1 R3=R3<<16 R2=0 [R3+`1000]L=R2 ' OUT4,0 R1=1 R1=R1<<15 @LOOP R2=0 R0&R1 'F=N>>(15-I)&1 IF 0 goto @SKIP R2+=4 @SKIP [R3+`110]L=R2 ' OUT2,0:OUT3,F R2+=2 [R3+`110]L=R2 ' OUT2,1 R1=R1>>1 IF !0 goto @LOOP @END R2=8 [R3+`1000]L=R2 ' OUT4,1 RET

アセンブラasm15を使って2byte送信SPIマシン語バイナリができました!
送信したい16bitの数値を、USRコマンドの第二パラメータにいれるだけ!(マシン語にはレジスタR0として渡される)

POKE#700,80,35,27,2,91,28,27,4,0,34,26,98,1,33,201,3,0,34,8,66,0,208,4,50,154,97,2,50,154,97,73,8,246,209,8,34,26,98,112,71

準備ができたので、早速楽器づくり、まずはIchigoJamのボタンを使った単音楽器で実験!
前回のYMF825の初期化プログラムを動かし、音がなる状態にしてからNEW、次のプログラムを入力。
*マシン語化した初期化プログラム、後述します

1 'FM BTN 10 A=#700:POKEA,80,35,27,2,91,28,27,4,0,34,26,98,1,33,201,3,0,34,8,66,0,208,4,50,154,97,2,50,154,97,73,8,246,209,8,34,26,98,112,71 20 T=#1465 30 IF !BTN() CONT 40 U=USR(A,#0B00):U=USR(A,#0C54):U=USR(A,#0D00+T>>8):U=USR(A,#0E00+T&#FF):U=USR(A,#0F40) 50 IF BTN() CONT 60 U=USR(A,#0F00) 70 GOTO 30

ボタンを押したら鳴り始め、離したたらキーオフ!
反応速度もいい感じ!いろんなボタンをつなげて遊べそうですね!
*時間を測ってみると、1回の送信でTICKで1、約1/60秒、100倍速い!

次は、キーボードで楽器キーボードをつくってみます。
キーボードのZXCがドレミ、SDなどで半音にも対応します。

1 'FM KEYBOARD 10 A=#700:POKEA,80,35,27,2,91,28,27,4,0,34,26,98,1,33,201,3,0,34,8,66,0,208,4,50,154,97,2,50,154,97,73,8,246,209,8,34,26,98,112,71 100 FORI=0TO15:U=USR(A,#0B00+I):U=USR(A,#0F30):U=USR(A,#1071):U=USR(A,#1101):U=USR(A,#1208):U=USR(A,#1300):U=USR(A,#0C54):NEXT 200 LET[0],357,378,401,425,450,477,505,535,567,601,637,674 210 M="ZSXDCVGBHNJM,L." 220 K=INKEY():IF!KCONT 230 N=0 240 IF PEEK(M+N)=K GOTO300 250 N=N+1:IF N=15 GOTO 220 260 GOTO240 300 ?N:T=[N%12]:B=4+N/12:T=T&#7F+T>>7<<11+B<<8 310 U=USR(A,#0B00+N):U=USR(A,#0F00): 320 U=USR(A,#0D00+T>>8):U=USR(A,#0E00+T&#FF):U=USR(A,#0F40) 330 GOTO 220

キーは離されたタイミングが取得できないので、キーが押された時に、キーオフ(310行)してから、キーオン(320行)するようにしています。

ついでに、初期化コードもマシン語で高速化!

1 'FM INIT 10 OUT1,0:WAIT1:OUT4,1:OUT1,1 13 A=#700:POKEA,80,35,27,2,91,28,27,4,0,34,26,98,1,33,201,3,0,34,8,66,0,208,4,50,154,97,2,50,154,97,73,8,246,209,8,34,26,98,112,71 14 S=#728:POKES,80,35,27,2,91,28,27,4,128,33,0,34,8,66,0,208,4,50,154,97,2,50,154,97,73,8,246,209,112,71 15 'INIT 20 LET[0],#1D01,#020E,-1,#0001,#0100,#1AA3,-1,#1A00,-30,#0204,-1,#0204,-1,#0200,#197C,#1B3F,#1400,#0301,#08F6,-21,#0800,#09FB,#0A00,#01740,#1800,0 22 FORJ=0TO99:N=[J]:IF!N J=99:GOTO26 24 IF N<0 WAIT -N ELSE U=USR(A,N) 26 NEXT 30 'SETCH 31 LET[0],#0F30,#1071,#1101,#1208,#1300 32 FORJ=0TO4:U=USR(A,[J]):NEXT 40 'SETTONE 41 U=USR(A,#08F6):WAIT1:U=USR(A,#0800) 42 LET[0],7,#81,1,#43,0,#E7,#FF,#9D,0,#10,#40,#20,#33,#E2,#73,0,#50,#40,#10,#41,#D3,#5B,0,#10,#41,#20,#63,#D4,2,1,#10,#40,#80,3,#81,#80 43 M=36 50 @SPIAW:OUT4,0:FORK=0TOM-1:U=USR(S,[K]):NEXT:OUT4,1

配列をSPIで送信する @SPIAW の内部、8bitのSPI送信もマシン語化しました(アドレス#728=S)

@SPI1W R3=#50 ' R3=#50010000 R3=R3<<8 R3=R3+1 R3=R3<16 R1=#80 @LOOP R2=0 R0&R1 'F=N>>(7-I)&1 IF 0 goto @SKIP R2+=4 @SKIP [R3+`110]L=R2 ' OUT2,0:OUT3,F R2+=2 [R3+`110]L=R2 ' OUT2,1 R1=R1>>1 IF !0 goto @LOOP @END RET

FM音源音色エディタもマシン語化!

1 'FM EDITOR 5 CLS 10 ?" 1 BO 3:";[40] 20 ?" 2 LFO 3:";[41] 30 ?" 3 ALG 7:";[42] 40 LET[80],"SR 15","XOF 1","KSR 1","RR 15","DR 15","AR 15","SL 15","TL 63","KSL 3","EAM 1","DAM 3","EVB 1","DVB 3","MUL15","DT 7","WS 31","FB 7" 50 FORJ=0TO1:FORI=0TO16:LCJ*15,3+I:?DEC$(4+I+J*17,2);" ";STR$([80+I]);":";[43+I+J*17]:NEXT:NEXT 60 INPUT"ID :",I 70 INPUT"VAL:",V:[39+I]=V 75 GSB@TESTTONE 80 GOTO 5 100 @TESTTONE 110 LET[0],7,#81,[40],[41]<<6+[42] 120 FORJ=0TO1:P=43+J*17 130 LET[4+J*7],[P]<<4+[P+1]<<3+[P+2],[P+3]<<4+[P+4],[P+5]<<4+[P+6],[P+7]<<2+[P+8],[P+9]<<4+[P+10]<<5+[P+11]+[P+12]<<1,[P+13]<<4+[P+14],[P+15]<<3+[P+16] 132 NEXT 141 U=USR(A,#08F6):WAIT1:U=USR(A,#0800) 143 M=36:GSB@SPIAW 150 T=#1465 160 U=USR(A,#0F00):U=USR(A,#0B00):U=USR(A,#0C54):U=USR(A,#0D00+T>>8):U=USR(A,#0E00+T&#FF):U=USR(A,#0F40) 180 RTN 1010 @SPIAW:OUT4,0:FORK=0TOM-1:U=USR(S,[K]):NEXT:OUT4,1:RTN

YMF825初期化コード実行後に動かし、いい音色ができたら、ボタン楽器や、キーボード楽器で演奏しよう!

Enjoy to create original musical instruments with FM!
オリジナル楽器作りを楽しもう!

links
- YMF825 x IchigoJamで鳴らすFM音源チャイム、BASICでつくるYMF825Board用FM音源エディタ (ハードウェア準備、接続方法)
- YMF825Board GitHubPage へようこそ!
- ヤマハ製YMF825使用FM音源LSIモジュール: 組立キット 秋月電子通商 電子部品 ネット通販
- ヤマハFM音源LSI YMF825搭載モジュール YMF825Board - SWITCH-SCIENCE

- 連載、IchigoJamではじめる、ARMマシン語入門
1. はじめてのマシン語
2. ハンドアセンブルで超速計算!
3. マシン語メモリアクセスで画面超速表示!
4. マシン語でLEDを光らせよう!
5. 楽しさ広がるマルチバイトメモリアクセスとスタック
6. マシン語使いこなしTIPS
7. カジュアルに使うインラインマシン語
8. アセンブラを使って楽しよう
9. マシン語で高速SPI
10. マシン語を制するもの時間を制す

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CC BY 福野泰介 - Taisuke Fukuno / @taisukef / high-res profile image