003. Bus de CPU a RAM

Enrutar las direcciones de la RAM de la CPU a través de CpuBus.

Lección 3 de 356 · tests/chapter_01_cpu/test_003_cpu_bus_to_ram.py

Archivo a actualizar

emulator/bus/cpu_bus.py

Ubicación

class CpuBus

Referencia

https://www.nesdev.org/wiki/CPU_memory_map

Por qué existe este paso

La CPU usa un espacio de direcciones de 16 bits, mientras que la RAM interna solo contiene 0x800 bytes físicos. Las direcciones $0000-$1FFF repiten esa misma RAM cuatro veces.

Implementación de ejemplo completa

from dataclasses import dataclass, field

from emulator.memory.ram import RAM


@dataclass
class CpuBus:
    ram: RAM = field(default_factory=RAM)

    def read(self, addr: int) -> int:
        if 0x0000 <= addr <= 0x1FFF:
            return self.ram.read(addr & 0x07FF)

        raise ValueError(f"Unsupported CPU bus read: {addr:04X}")

    def write(self, addr: int, value: int) -> None:
        if 0x0000 <= addr <= 0x1FFF:
            self.ram.write(addr & 0x07FF, value)
            return

        raise ValueError(f"Unsupported CPU bus write: {addr:04X}")

Invariante importante

physical_ram_address = cpu_address & 0x07FF

Ejemplo mínimo

Escribir $42 en la dirección de CPU $0800 cambia el byte físico de RAM $0000, de modo que leer $0000, $0800, $1000 o $1800 observa el mismo almacenamiento.

Error común

El espejado no reserva cuatro arrays de RAM. El bus traduce cuatro rangos de la CPU hacia un único dispositivo de RAM. En este paso, las direcciones no soportadas lanzan ValueError, mientras que el propio bytearray rechaza valores fuera del rango de 8 bits sin signo.

Fuera de alcance

enrutamiento de la ROM de programa
registros de la PPU y del mando
ejecución de la CPU

Ejecutar esta lección

uv run pytest tests/chapter_01_cpu/test_003_cpu_bus_to_ram.py -v

Implementación de ejemplo

Implementación de ejemplo completa

from dataclasses import dataclass, field

from emulator.memory.ram import RAM


@dataclass
class CpuBus:
    ram: RAM = field(default_factory=RAM)

    def read(self, addr: int) -> int:
        if 0x0000 <= addr <= 0x1FFF:
            return self.ram.read(addr & 0x07FF)

        raise ValueError(f"Unsupported CPU bus read: {addr:04X}")

    def write(self, addr: int, value: int) -> None:
        if 0x0000 <= addr <= 0x1FFF:
            self.ram.write(addr & 0x07FF, value)
            return

        raise ValueError(f"Unsupported CPU bus write: {addr:04X}")

Ver código del testtest_003_cpu_bus_to_ram.py

import pytest
from emulator.bus.cpu_bus import CpuBus
from emulator.memory.ram import RAM

def test_cpu_buss_class_exists():
    assert CpuBus is not None

def test_create_ram_instance():
    cpu_bus = CpuBus()

    assert isinstance(cpu_bus, CpuBus)

def test_cpu_bus_contains_ram_instance():
    cpu_bus = CpuBus()

    assert hasattr(cpu_bus, "ram")
    assert isinstance(cpu_bus.ram, RAM)


def test_cpu_bus_reads_and_writes_internal_ram():
    bus = CpuBus()
    bus.write(0x0000, 0x42)

    assert bus.read(0x0000) == 0x42
    
def test_cpu_bus_reads_and_writes_internal_ram_mirrors():
    bus = CpuBus()

    mirrors = [0x800, 0x1000, 0x1800]
    test_addresses = [0x0, 0x1, 0x42, 0x7FF]
    # Write different values in mirror address
    value = 0
    for base_address in mirrors:
        for address in test_addresses:
            bus.write(base_address + address, value & 0xFF)
            assert bus.read(address) == value & 0xFF
            value+=1
    
def test_cpu_bus_rejects_invalid_addresses():
    """Addresses should be unsigned 16 bits"""
    bus = CpuBus()

    invalid_addresses = [
        -1,
        0x10000,
        0x20000,
    ]

    for addr in invalid_addresses:
        with pytest.raises(ValueError):
            bus.write(addr, 0x42)


def test_cpu_bus_rejects_invalid_values():
    """Values should be unsigned 8 bits"""
    bus = CpuBus()

    invalid_values = [
        -1,
        0x100,
        0xFFFF,
    ]

    for value in invalid_values:
        with pytest.raises(ValueError):
            bus.write(0x0000, value)

Funciones de test (7)

test_cpu_buss_class_exists
test_create_ram_instance
test_cpu_bus_contains_ram_instance
test_cpu_bus_reads_and_writes_internal_ram
test_cpu_bus_reads_and_writes_internal_ram_mirrors
test_cpu_bus_rejects_invalid_addresses
test_cpu_bus_rejects_invalid_values