Making Games for the Atari 2600

235 Pages·2016·2.317 MB·English

by  Steven Hugg

MAKING GAMES FOR THE
ATARI 2600
An 8bitworkshop Book
by Steven Hugg
Making Games for the Atari 2600
Copyright©2016byStevenE.Hugg
All rights reserved. No part of this book may be reproduced
withoutwrittenpermissionfromtheauthor.
ISBN-13: 978-1541021303
ISBN-10: 1541021304
Firstprinting: December2016
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Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii
1 Introductionto6502 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Bits,Bytes,andBinary . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 HexadecimalNotation . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Signedvs. UnsignedBytes . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 TheCPUandtheBus . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 WritingLoops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 ConditionFlagsandBranching. . . . . . . . . . . 10
1.7 AdditionandSubtraction . . . . . . . . . . . . . . 12
1.8 TheStack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.9 LogicalOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.10 ShiftOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 The8bitworkshopIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1 DebugWindow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 KeyboardShortcuts . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3 VCSMemoryMap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1 Equates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4 WritingYourFirstAssemblyCode . . . . . . . . . . . . 26
5 PaintingontheCRT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.1 TimingisEverything . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2 MakingRainbows . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6 PlayfieldGraphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
iii
Contents
7 PlayersandSprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7.1 HorizontalPositioning . . . . . . . . . . . . . . . . 43
8 ColorSprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
9 SpriteFinePositioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
10 Player/MissileGraphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
11 TheSetHorizPosSubroutine . . . . . . . . . . . . . . . 58
12 ThePIATimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
13 JoysticksandSwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
13.1 ConsoleSwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
13.2 Joysticks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
14 IndirectAddressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
14.1 Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
14.2 IndirectIndexedAddressing . . . . . . . . . . . . 70
14.3 IndexedIndirectAddressing . . . . . . . . . . . . 71
15 AComplexScene,PartI . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
16 AComplexScene,PartII . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
17 NUSIZandOtherDelights. . . . . . . . . . . . . . . . . 82
17.1 PlayerReflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
17.2 NUSIZandMultiplePlayerCopies . . . . . . . . . 83
17.3 VDELP:VerticalDelay . . . . . . . . . . . . . . . . 83
17.4 CTRLPFandObjectPriority . . . . . . . . . . . . . 84
17.5 Two-PlayerScoreMode . . . . . . . . . . . . . . . 85
18 Scoreboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
19 Collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
20 AsynchronousPlayfields: Bitmap . . . . . . . . . . . . 92
21 AsynchronousPlayfields: Bricks . . . . . . . . . . . . . 95
iv
Contents
22 ABig(48pixel)Sprite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
23 TinyText . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
24 Six-DigitScoreboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
25 ABigMoveableSprite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
26 SpriteFormations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
27 AdvancedTimerTricks . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
27.1 TimerTables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
28 Multisprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
28.1 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
28.2 Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
28.3 Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
28.4 TheMainLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
28.5 Sort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
28.6 Improvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
29 RandomNumberGeneration . . . . . . . . . . . . . . . 144
30 ProceduralGeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
31 DrawingLines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
32 TheSoundandMusic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
32.1 MusicPlayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
33 Pseudo-3D:SunsetsandStarryNights . . . . . . . . . 165
33.1 Sky,Clouds,andSunset . . . . . . . . . . . . . . . 165
33.2 Mountains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
33.3 StarsatNight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
34 Pseudo-3D:DrivingDowntheRoad . . . . . . . . . . . 171
35 BankSwitching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
35.1 Trampolines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
35.2 CommonBankswitchingMethods . . . . . . . . . 184
v
Contents
35.3 ORGvs. RORG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
35.4 BankswitchingExample . . . . . . . . . . . . . . . 185
36 WavetableAudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
36.1 AudioWaveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
36.2 GeneratingSamples . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
37 Paddles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
38 IllegalOpcodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
39 TimingAnalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
40 MakingGames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
40.1 GameDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
40.2 GameProgramming . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
40.3 DistributingYourGame . . . . . . . . . . . . . . . 201
41 Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
AppendixA:VCSMemoryMap . . . . . . . . . . . . . . . . 205
AppendixB:VCSColors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
AppendixC:6502Opcodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
AppendixD:6502InstructionFlags . . . . . . . . . . . . . 216
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
vi
List of Figures
1.1 CPUCycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 LDACycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Shiftandrotatebitflow . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 8bitworkshop.comIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 IDEFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 IDEPulldown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 DebuggingFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 DebugWindow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 EmulatorKeyboardShortcuts . . . . . . . . . . . . . 21
3.1 MemoryMap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1 AnatomyofaScanline . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.2 SettinguptheTIAforascanline . . . . . . . . . . . . 31
5.3 AnofficialNTSC-compliantvideoframe . . . . . . . 32
6.1 LayoutofPlayfieldRegisterPixels . . . . . . . . . . . 38
6.2 ExampleSymmetricPlayfield . . . . . . . . . . . . . . 39
6.3 XYCoordinateSystems . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1 PongandTank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7.2 Players0and1overbackground . . . . . . . . . . . 43
7.3 InstructionTimingofSettingPlayerPosition . . . . . 45
8.1 Bottom-to-topSpriteLayout . . . . . . . . . . . . . . 48
8.2 SpriteBitmapandColorTableExample . . . . . . . . 50
9.1 HorizontalMotionRegisterValues . . . . . . . . . . . 53
vii
ListofFigures
9.2 FineHorizontalPositioningwithHMOVE . . . . . . . 54
12.1 BlankNTSCFrameExample . . . . . . . . . . . . . . 64
15.1 Twospritesoverplayfield . . . . . . . . . . . . . . . . 72
15.2 TimingofDouble-HeightKernelWithPlayfield . . . . 77
16.1 Timingof4-PhaseDouble-HeightKernel . . . . . . . 79
17.1 NUSIZNumber-SizeRegisterSpacing . . . . . . . . . 83
18.1 Examplescoreboard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
18.2 ScoreboardDisplay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
20.1 TimingofAsynchronousPlayfieldKernel . . . . . . . 93
20.2 PlayfieldBitmapofAdaLovelace . . . . . . . . . . . 94
21.1 Brickgame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
21.2 LayoutofBricksArray . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
21.3 TimingofBrickPlayfieldandBallKernel . . . . . . . 98
22.1 48-pixelsprite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
22.2 OverlappingPlayers’HorizontalPosition . . . . . . . 105
22.3 TimingDiagramforOverlappingPlayers . . . . . . . 107
23.1 Tinytext . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
23.2 Example48-pixelfontdata . . . . . . . . . . . . . . . 109
24.1 Six-digitscoreboardexample . . . . . . . . . . . . . 114
25.1 WSYNC-FreeBigSpriteKernel . . . . . . . . . . . . . 121
26.1 Spriteretriggeringexamplegame . . . . . . . . . . . 122
27.1 PIATimerScanlineTiming . . . . . . . . . . . . . . . 129
27.2 Timerworst-casescenario . . . . . . . . . . . . . . . 131
27.3 Timer-to-ScanlineLookupTable . . . . . . . . . . . . 131
28.1 Multiplespritesexample . . . . . . . . . . . . . . . . 134
28.2 Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
30.1 Procedurally-generatedroom . . . . . . . . . . . . . 148
viii
ListofFigures
31.1 Alinedrawnwithplayerobjects . . . . . . . . . . . . 153
32.1 AudioChannelstoOutput . . . . . . . . . . . . . . . 159
33.1 Sunsetwithcloudsandmountains . . . . . . . . . . 166
33.2 Pseudo-3droadwithstars . . . . . . . . . . . . . . . 169
34.1 Pseudo-3droadwithsunset . . . . . . . . . . . . . . 172
ix
List of Tables
1.1 BitValuesinHexadecimalNotation . . . . . . . . . . 3
1.2 ExampleHexConversion . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 ConditionFlags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 BranchInstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 LogicalInstructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6 Shiftandrotateinstructions . . . . . . . . . . . . . . 15
5.1 FrameandScanlineSyncRegisters . . . . . . . . . . 33
6.1 PlayfieldRegisters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7.1 PlayerRegisters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
7.2 ExampleTimingofHorizontalPositioningLoop . . . 45
9.1 HorizontalMotionRegisters . . . . . . . . . . . . . . 55
10.1 RegistersforMissilesandBall . . . . . . . . . . . . . 57
12.1 TimerRegisters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
13.1 InputPortsRegisters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
13.2 SWCHBSwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
13.3 SWCHASwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
16.1 VerticalDelayRegisters . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
17.1 NUSIZ,Control,ReflectRegisters . . . . . . . . . . . 82
17.2 NormalCTRLPFPriorityAssignments . . . . . . . . . 84
17.3 CTRLPFPriorityAssignmentswhenBit2isSet . . . . 85
19.1 CollisionRegisters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
x