VIC

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Produktionsdatum dieses Chips: 1984 - Kalenderwoche 43
ältere Bauform des VIC 6569

Die Bezeichnung bzw. Abkürzung VIC steht bei Commodore-Heimcomputern für Video-Interface-Chip. Er dient der Steuerung aller grafischen Vorgänge (Zeichen, Sprites, Bitmapgrafik) beim VC20/10, C64/128 und bei der CBM500-Serie. Die Chips wurden vom Halbleiterhersteller MOS Technology produziert, den Commodore 1976 übernommen hatte.

Der im VC-20 für Ton- und Grafikausgabe verwendete VIC 6560/6561 wird als "Original" VIC-Chip bezeichnet, während die wesentlich veränderten Nachfolger (im VC-10, C64 und C128) die Bezeichnung VIC-II tragen und in der C128-Ausprägung auch als VIC-IIe bekannt ist. Erst der VIC-II unterstützt Sprites.

VIC-Varianten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Folgende Chip-Varianten wurden verwendet:

  • Im C64 und seinen Varianten wie SX64, PET 64 oder C64 Games System: 6567, 8562 (NTSC) / 6569, 8565 (PAL)
    • Entwickelt bis Ende 1981 von Albert Charpentier und Charles Winterble, präsentiert auf der Consumer Electronics Show Anfang 1982.
    • Der 6569R1 besitzt ledliglich 5 Helligkeitsstufen, alle Revisionen danach können 9 Helligkeitsstufen darstellen.
    • Achtung: An Pin 13/Vdd erwarten die NMOS-Chips 6566/67/69 +12V, die HMOS-II-Varianten (8562/65) erwarten +5V DC.
    • Die 856x haben das sogenannte Grey Dots-Problem. Besonders betroffen oder bekannt ist das Problem bei den Varianten[1][2]
      • PAL 8565R2-4191
      • PAL 8565R2-3991(22)
      • PAL 8565R2-0787(22)
  • Im VC20: 6560 (NTSC) / 6561 (PAL)
  • In der MAX Machine: 6566 (NTSC)
  • In der CBM500-Serie: 6567 (NTSC) / 6569 (PAL)
  • Im C128/D/DCR: 8564 (NTSC), 8566 (PAL-B), 8569 (PAL-N)[3] "VIC-IIe"
  • Im C65: 4567 "Bill"

Aufgaben des VIC-II im C64[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der VIC-II im C64 übernimmt einige Aufgaben, die man nicht in einem Grafikchip vermutet, so kümmert er sich z.B. um das Refresh des RAMs. Außerdem kann der VIC-II die CPU, mit der er normalerweise im Wechseltakt auf den Speicher zugreift, zeitweise komplett anhalten (das passiert alle paar Rasterzeilen bei den sogenannten "Badlines" und in Zeilen, in denen Sprites aktiv sind). Das ist nötig, da ansonsten die Speicherbandbreite für die Grafikfähigkeiten des VIC-II nicht ausreichen würde. Schließlich steht dem VIC-II noch ein eigener kleiner Speicher zur Verfügung, das Farbram, das zusätzlich zum normalen (CPU-)Datenbus einen eigenen Datenbus zum VIC-II hat. Details dazu finden sich im Artikel Hardware-Aufbau des C64.

Speicheradressen des VIC-II[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Der VIC-II greift ausschließlich auf das RAM bzw. das Character-ROM zu. Die Konfiguration der PLA ist für den VIC - außer im Ultimax-Modus - nicht relevant. Das Character-ROM ist für den VIC an $1000 bzw. $9000 (Offset $1000 in Bank 0 bzw. Bank 2) sichtbar, siehe VIC-Bank.
  • Sprites liegen bei Adresse MEM (Bildschirmspeicher + $03F8 + Sprite-Nummer)*64.
  • Die Adresse des Bildschirmspeichers wird durch die gewählte VIC-Bank ($DD00, siehe CIA 2) und $D018 festgelegt.
  • $D02F (beim VIC-II) bis $D03F werden nicht vom VIC-II dekodiert. Die CPU liest dort $FF. Geschriebene Werte werden ignoriert.
  • Die VIC-Register erscheinen im CPU-Adressraum alle $40/64 Bytes von $D000 bis $D3FF. Z.B. $D060 ist also mit $D020 identisch.
Adresse (hex) Adresse (dez) Register Inhalt
$D000 53248 0 X-Koordinate für Sprite 0 (0..255)
$D001 53249 1 Y-Koordinate für Sprite 0 (0..255)
$D002 53250 2 X-Koordinate für Sprite 1 (0..255)
$D003 53251 3 Y-Koordinate für Sprite 1 (0..255)
$D004 53252 4 X-Koordinate für Sprite 2 (0..255)
$D005 53253 5 Y-Koordinate für Sprite 2 (0..255)
$D006 53254 6 X-Koordinate für Sprite 3 (0..255)
$D007 53255 7 Y-Koordinate für Sprite 3 (0..255)
$D008 53256 8 X-Koordinate für Sprite 4 (0..255)
$D009 53257 9 Y-Koordinate für Sprite 4 (0..255)
$D00A 53258 10 X-Koordinate für Sprite 5 (0..255)
$D00B 53259 11 Y-Koordinate für Sprite 5 (0..255)
$D00C 53260 12 X-Koordinate für Sprite 6 (0..255)
$D00D 53261 13 Y-Koordinate für Sprite 6 (0..255)
$D00E 53262 14 X-Koordinate für Sprite 7 (0..255)
$D00F 53263 15 Y-Koordinate für Sprite 7 (0..255)
$D010 53264 16 Bit 8 für die obigen X-Koordinaten (Bitmaske: 0..255),
jedes Bit steht für eines der Sprites von 0 bis 7.
$D011 53265 17 Bit 7: Bit 8 von RASTER (siehe auch $D012). Lesen: MSB der aktuellen Rasterzeile. Schreiben: MSB der Rasterzeile, in der IRQ ausgelöst wird.
Bit 6: Extended-Color-Modus (ECM, 1=an)
Bit 5: Bitmap-Modus (BMM, 1=an)
Bit 4: Bildausgabe an/aus (BLNK, 1=an, Effekt erst beim nächsten Einzelbild)
Bit 3: 25/24 Zeilen (RSEL, 1=25 Zeilen)
Bit 2..0: Offset Text/Grafik in Rasterzeilen vom oberen Bildschirmrand (YSCROLL), gilt nicht für Sprites
Standard (BASIC-Prompt): $1b/27/00011011
$D012 53266 18 Bits 7..0 des RASTER-Registers. Bit 8 siehe $D011.
Lesen: Aktuelle Rasterzeile
Schreiben: Rasterzeile, bei der ein IRQ ausgelöst wird ($D011 beachten!)
$D013 53267 19 Lightpen X-Koordinate (assoziiert mit Pin LP am VIC-Chip, halbe Auflösung im Vergleich zu anderen Registern in X-Richtung)
$D014 53268 20 Lightpen Y-Koordinate
$D015 53269 21 Sprite-Schalter, Bit = 1: Sprite n an (Bitmaske: 0..255)
$D016 53270 22 Bit 7..5: unbenutzt
Bit 4: Multicolor-Modus (MCM, 1=an)
Bit 3: 40/38 Spalten (CSEL, 1=40 Spalten)
Bit 2..0: Offset Text/Grafik in Pixeln vom linken Bildschirmrand (XSCROLL), gilt nicht für Sprites
Standard (BASIC-Prompt): $c8/200/11001000
$D017 53271 23 Sprite-Schalter, Bit = 1: Sprite n doppelt hoch (Bitmaske: 0..255)
$D018 53272 24 VIC-Speicherkontrollregister

Im Textmodus:

  • Bit 3..1: CB11-13, Basisadresse des Zeichensatzes in 2k/$0800-Blöcken= 2048*(Bit 3…1).
  • Bit 0: Nicht genutzt.

Z.B. bei Bit 3…0 = 0101 erwartet der VIC den Zeichensatz bei Adresse 4096/$1000 innerhalb der gewählten VIC-Bank.
Im Bitmap-Modus:

  • Bit 3: Basisadresse der Bitmap in 8k/$2000-Blöcken = 8192*(Bit 3)
  • Bit 2..0: Nicht genutzt.[5]

Z.B. bei Bit 3…0 = 1000 erwartet der VIC die Bitmap-Daten ab Adresse 8192/$2000 innerhalb der gewählten VIC-Bank.
Beachte: Das Character-ROM ist für den VIC an Adressen $1000-$1FFF bzw. $9000-$9FFF sichtbar (also an Offset $1000 in VIC-Bank 0 bzw. 2). Ansonsten sieht der VIC immer das RAM des C64 (Ausnahme: Ultimax-Modus).
Standard (BASIC-Prompt): $15/21/00010101

$D019 53273 25 Interrupt Request, Bit (1 = an)
Lesen:
Bit 7: IRQ durch VIC ausgelöst
Bit 6..4: unbenutzt
Bit 3: Anforderung durch Lightpen
Bit 2: Anforderung durch Sprite-Sprite-Kollision (Reg. $D01E)
Bit 1: Anforderung durch Sprite-Hintergrund-Kollision (Reg. $D01F)
Bit 0: Anforderung durch Rasterstrahl (Reg. $D012)
Schreiben:
1 in jeweiliges Bit schreiben = zugehöriges Interrupt-Flag löschen
$D01A 53274 26 Interrupt Request: Maske, Bit (1 = an)
Ist das entsprechende Bit hier und in $D019 gesetzt, wird ein IRQ ausgelöst und Bit 7 in $D019 gesetzt.
Bit 7..4: unbenutzt
Bit 3: IRQ wird durch Lightpen ausgelöst
Bit 2: IRQ wird durch S-S-Kollision ausgelöst
Bit 1: IRQ wird durch S-H-Kollision ausgelöst
Bit 0: IRQ wird durch Rasterstrahl ausgelöst.
$D01B 53275 27 Priorität Sprite-Hintergrund
$D01C 53276 28 Sprite-Darstellungsmodus, Bit = 1: Sprite n ist Multicolor, sonst einfärbig und hochauflösend (Bitmaske: 0..255)
$D01D 53277 29 Sprite-Schalter, Bit = 1: Sprite n doppelt breit (Bitmaske: 0..255)
$D01E 53278 30 Sprite-Info: Bits = 1: Sprites miteinander kollidiert (Bitmaske: 0..255)
Wird durch Zugriff gelöscht.
$D01F 53279 31 Sprite-Info: Bits = 1: Sprite n mit Hintergrund kollidiert (Bitmaske: 0..255)
Wird durch Zugriff gelöscht.
$D020 53280 32 Farbe des Bildschirmrands (0..15)
$D021 53281 33 Bildschirmhintergrundfarbe (0..15)
$D022 53282 34 Bildschirmhintergrundfarbe 1 im Extended-Color-Modus und Multicolorfarbe 1 im Multicolor-Modus (0..15)
$D023 53283 35 Bildschirmhintergrundfarbe 2 im Extended-Color-Modus und Multicolorfarbe 2 im Multicolor-Modus (0..15)
$D024 53284 36 Bildschirmhintergrundfarbe 3 im Extended-Color-Modus (0..15)
$D025 53285 37 gemeinsame Sprite-Farbe 0 im Sprite-Multicolor-Modus, Bitkombination %01 (0..15)
$D026 53286 38 gemeinsame Sprite-Farbe 1 im Sprite-Multicolor-Modus, Bitkombination %11 (0..15)
$D027 53287 39 Farbe Sprite 0, Bitkombination %10 (0..15)
$D028 53288 40 Farbe Sprite 1, Bitkombination %10 (0..15)
$D029 53289 41 Farbe Sprite 2, Bitkombination %10 (0..15)
$D02A 53290 42 Farbe Sprite 3, Bitkombination %10 (0..15)
$D02B 53291 43 Farbe Sprite 4, Bitkombination %10 (0..15)
$D02C 53292 44 Farbe Sprite 5, Bitkombination %10 (0..15)
$D02D 53293 45 Farbe Sprite 6, Bitkombination %10 (0..15)
$D02E 53294 46 Farbe Sprite 7, Bitkombination %10 (0..15)
$D02F 53295 47 nur VIC-IIe (C128)

Bit 7..3: unbenutzt
Bit 2..0: Setzen der Tastatur-Ausgangsleitungen K0-K2 (0 => GND, 1 => open)

$D030 53296 48 nur VIC-IIe (C128)

Bit 7..2: unbenutzt
Bit 1: Testmodus (0 => normal, 1 => Test)
Bit 0: 0 => Slow-Mode (1 MHz), 1 => Fast-Mode (2 MHz)

Pinbelegung des MOS 6566/6567/8562 (NTSC) und 6569/8565 (PAL)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pin Beschreibung
Pinbelegung VIC-II Mos6567.png DB0 - DB7 Datenbits 0 - 7 aus RAM bzw. Zeichensatz-ROM
DB8 - DB11 Datenbits 8 - 11 aus Farbram
IRQ Interrupt-Request, bei LOW wird Interrupt ausgelöst
LP Lightpen-Eingang
CS Chip Select - ein Low-Pegel an diesem Eingang bedeutet, dass die Daten am Datenbus gültig sind
R/W High-Pegel = Register lesen (READ), Low-Pegel = Register schreiben (WRITE)
BA Bus Available - zeigt an, dass der Bus in der zweiten Takthälfte (phi2 HIGH) für die CPU verfügbar ist
Vdd Versorgungsspannung +12 V DC (6567/69), oder +5 V DC (8562/65)
Color Chrominanz, Farbsignal
S/LUM Sync/Luminanz, S/W-Signal
AEC Address Enable Control, direkt verbunden mit der CPU. Bei LOW geht die CPU in den Tri-State-Zustand und gibt den Bus frei.
φ0 (phi0) Systemtakt, generiert aus dem Pixeltakt an Pin φIN mittels Division durch 8
RAS Row Address Strobe, zeigt an, dass auf den multiplexten Adressleitungen die Zeilenadresse anliegt
CAS Column Address Strobe, zeigt an, dass auf den multiplexten Adressleitungen die Spaltenadresse anliegt
Vss Systemmasse
Vcc Versorgungsspannung +5 V DC
A0 - A5 Adressleitungen 0 bis 5, multiplext mit den Adressleitungen A8 - A13
A6 - A11 Adressleitungen 6 bis 11
φIN (phi_IN) Eingang für Pixeltakt (7,88 MHz für PAL, 8,18 MHz für NTSC)
φCL (phi_CL) Eingang für den Farbtakt (17,734472 MHz für PAL, 14,31818 MHz für NTSC)

Kurioserweise besitzt der VIC-II keinen Reset-Pin.

Arbeitsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Arbeitsweise des VIC-II ist im Dokument "Der MOS 6567/6569 Videocontroller (VIC II) und seine Anwendung im Commodore 64" (1996) von Christian Bauer ausführlich beschrieben. Eine etwas besser lesbare Timing-Übersicht findet sich hier.

Anmerkungen zum Dokument:

  • Die Zählung der Zyklen fängt bei 1 an; z.B. VICE fängt bei 0 an zu zählen.
  • Im Dokument wird ø0 referenziert, in anderen Quellen ist oft von Phi1 (ø0 low) und Phi2 (ø0 high) die Rede.
  • Das Beschreiben von $D011/$D012 kann sofort einen Raster-IRQ auslösen, sofern in der aktuellen Zeile noch kein Raster-IRQ ausgelöst wurde.
  • Das vertikale "Expansions-Flipflop" ist unglücklich benannt, tatsächlich gibt sein Zustand an, ob aktuell eine Zeile in den Sprite-Daten vorangesprungen werden soll oder nicht (MCBASE, +3 in zwei Schritten: einmal +2 in Zyklus 15, +1 in Zyklus 16). Der Name "Advance-Flag" oder ähnliches wäre vermutlich passender gewesen. Bei normal großen Sprites ist das Flag immer gesetzt. Bei vertikal doppelt großen Sprites ist es in der ersten Zeile gelöscht, danach wechselt es jede Rasterzeile.
  • Sprite-Crunching durch Löschen von Bits in $D017 in Zyklus 15 versetzt MCBASE auf leicht andere Weise als im Dokument angegeben.[6]
  • VCBASE und MCBASE werden benutzt, um VC bzw. MC auf Anfangswerte zurückschalten zu können. VCBASE ist der Offset in den Bildschirmspeicher (normaler Textmodus: 0 für Rasterzeilen 51-58, 40 für Rasterzeilen 59-66 und so weiter), MCBASE der Offset innerhalb der Sprite-Daten (0, 3, 6 für normal große Sprites; 0, 0, 3, 3, 6, 6 für vertikal doppelt hohe Sprites).
  • VMLI ist kein Pointer, sondern ein 40-Bit-Schieberegister, das die 40 Enable-Bits der VIC-II-internen "40×12 Bit Videomatrix-/Farbzeile" ansteuert. Beim Wechsel vom Idle- in den Display-Zustand wird eine "1" in das Register geschoben und dann nach den C/G-Zugriffen weitergeschoben.
  • Bereits eine in Zyklus 15 getriggerte Badline ergibt einen VSP-Versatz um 1. Vermutlich findet die Transition vom Idle in den Display Mode nicht bei der fallenden Flanke von ø0 statt, sondern bei der steigenden Flanke.[7]
  • Ein Beispiel zum Timing der Zugriffe (im normalen Textmodus) für die zweite Zeile des Zeichens in der obersten linken Ecke ($0400).
    • Welches Zeichen in welcher Farbe dargestellt wird, ergibt sich aus dem C-Zugriff in der Zeile 51 (einer Badline) in der zweiten Hälfte von Zyklus 15.
    • Welche Zeichenpixel dargestellt werden, ergibt sich aus dem G-Zugriff in der Zeile 52 in der ersten Hälfte von Zyklus 16.
    • Welche Hintergrundfarbe für das Zeichen gilt, ergibt sich aus dem Zustand von $D021 in der Zeile 52 am Ende von Zyklus 17.[8]

Undokumentierte Effekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Grafiken im Rahmen durch Rahmensprites lassen sich durch zeitlich abgepasstes Ändern der Scrolling-Register darstellen.
  • FLD (Flexible Line Distance)
  • VSP (Variable Screen Positioning) bzw. DMA Delay erlaubt das schnelle horizontale Scrollen des Bildschirms über große Distanzen.
  • Linecrunch erlaubt das schnelle vertikale Scrollen des Bildschirms über große Distanzen.
  • FLI (Flexible Line Interpretation) erlaubt die Nutzung neuer Farben in jeder Zeile.
  • FPP (Flexible Picture Positioning)
  • Sprite-Stretching und Sprite-Crunching

Eine genauere Beschreibung der Effekte gibt es im Wiki auf Codebase64.org.

In der Zeittafel der C64-Demos wird versucht, die wichtigsten Demos, bei denen Effekte wie diese zum ersten Mal verwendet wurden, in chronologischer Form zusammenzutragen.

Kühlung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In älteren C64 (vor 1986) gehört der VIC zu den heißesten Chips im C64, neben dem SID. In den Boards mit Revision 250407 ist er stets in einem Metallkäfig, der mit einer Kühlzunge mit dem VIC verbunden ist. Bei den Revisionen 250425 und später entfällt dieser häufig - sollte der VIC dennoch unangenehm heiß werden, kann ein Kühlkörper angebracht werden. Besonders heiß werden gern die VICs im Keramik-Gehäuse, und die Oberfläche des Metallkäfigs als zusätzliche Kühlung reicht unter Umständen nicht mehr aus - es können Pixel-Flackerer am Bildschirm entstehen oder gar Abstürze. Bevor hier der VIC für defekt erklärt wird, kann es helfen, die Standard-Fassung auszulöten und eine Präzisionsfassung einzusetzen. Durch dessen bessere Kontakteigenschaften sinkt der Widerstand an den Pins und nebenbei wird noch etwas Wärme nach unten weggeleitet.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

WP-W11.png Wikipedia: MOS Technology VIC
WP-W11.png Wikipedia: MOS Technology VIC II


Quellen

  1. ↑ Thema: Weiße Punkte bei Raster Interrupt? auf Forum64.de
  2. ↑ Hintergründe zum Grey Dots Problem Sprache:englisch
  3. ↑ Liste von Commodore MOS/CSG ICs Sprache:englisch
  4. ↑ Commodore 64 Programmer's Reference, Chapter 3, Screen Memory, p. 102 Sprache:englisch
  5. ↑ Commodore 64 Programmer's Reference, Chapter 3, Character Memory, p. 103 Sprache:englisch
  6. ↑ Beim Sprite Crunching kann MCBASE insbesondere auch dekrementiert werden, siehe z.B. den Code in VICE sowie VIC-Addendum.txt dazu.
  7. ↑ Z.B. x64sc in VICE macht erst in vicii-cycle.c/vicii_cycle() den G-Zugriff und prüft dann per check_badline(), ob eine Badline vorliegt, und wechselt ggf. entsprechend in den Display Mode. Kawari implementiert den Effekt, indem am Anfang jedes Zyklus auf das Vorliegen einer Badline geprüft wird [1], jedoch erst am Anfang der zweiten Hälfte erst VC inkrementiert (im Display Mode) und dann ggf. (falls eine Badline vorliegt) vom Idle in den Display Mode gewechselt wird [2].
  8. ↑ Beachte Anmerkung "es besteht eine Verzögerung von 12 Pixeln" im Abschnitt 3.6.1. des VIC-Artikels.
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