MC6800 ROMモニタ自作その8 〜実機レスで開発！ Python で最小エミュレータを作る〜

前回はS-RecordとIntel HEXのローダを実装して、シリアルから直接プログラムを流し込めるようになりました。これで開発効率は爆上がり！……と思いきや、実は別の問題が持ち上がってきました。

「毎回実機の ROM を焼いたり、シリアルで繋いでテストするの、めんどくさくない？」

コードを数行いじって、ビルドして、実機に転送して、D コマンドを叩いて正しく動くか確認する……。趣味の電子工作だから楽しいとはいえ、今後さらに複雑な機能を入れていくとなると、この「手動テスト」のコストがバカになりません。PC 上でサクッとテストできたら最高ですよね。

というわけで、今回は「PC上でこの ROM モニタを動かしてテストする」ためだけの、専用・最小構成の MC6800 エミュレータを作ってしまいました。

なんでわざわざ作るの？既存のエミュレータじゃダメ？

世の中には素晴らしい 8bit CPU エミュレータがたくさんあります。ただ、今回やりたかったのは「SBC6800 のメモリマップで動き」「ACIA（シリアル通信）がターミナルに直結していて」「自動テストのスクリプトから簡単に叩ける」というニッチな要件でした。

いろいろ探して設定に悩むくらいなら、Python でサクッと自分専用のシミュレータを書いたほうが早い！というエンジニア特有の病気が発症したわけです。

MC6800 の命令セットは全部実装すると結構な数になります。しかし、私の書いた ROM モニタのコードを解析すると、実際に使っているユニークな命令はたかだか 45種類 程度（アドレッシングモードの変形を含めても100個ちょっと程度）しかありません。

そこで割り切って、「今使っている命令だけが動けばヨシ！」という方針で作ることにしました。

メモリ空間: $0000-$1FFF は RAM（読み書き自由）、$E000-$FFFF は ROM（読み込み専用）として扱う。
ACIA（シリアル）の擬似実装: $8018 と $8019 へのアクセスを横取りして、PC のターミナルに直結させる。
命令実行コア: LDAA, STAA, BSR, JMP など、モニタが使っている分だけチマチマと Python でディスパッチ処理を書く。

無事Mac上でエミュレータとモニタバイナリがうごきました!!

エミュレータ本体ができたところで、これを使った自動テストも書きました。エミュレータの標準入力に D0000 などの文字列を流し込み、返ってきた文字列をチェックするスクリプトです。

これを実行してみると……

最高です！！！ 🎉これまで実機をぽちぽち叩いて数分かかっていた確認作業が、Macのターミナル上でスクリプトを叩くだけで 1秒以内 に終わるようになりました。

Mac / Windows 両対応: 最初、Mac のターミナルで Enter（LF）を押しても全く反応しない問題に躓きました。エミュレータ側で LF を CR に変換する処理を入れたり、Windowsの msvcrt モジュールを使って入力処理を分けたりと、地味な互換性対応を行っています。
G コマンドのユーザープログラム終了監視: SWI 命令を踏んだらモニタにジャンプするようにしておき、自動テスト時にテストが無限ループにならないようにしています。

今回は直接モニタの開発からは少し外れましたが、結果的に後々の開発をめちゃくちゃ楽にする最高のツールが手に入りました。

ビルドしたMacローカルで動くとデバグのスピードが上がりそうです。
今回はこのあたりで！