コグノスケ

初めての6502アセンブラに挑戦

目次: Might and Magicファミコン版

引き続きMight and Magic TAS動画に挑んでいます。クリアタイムを縮めるには「わざとエンカウントして逃げる」「メッセージスキップ」の2点がほしいですが、メモリダンプを見ていても全く発生条件がわかりません。仕方ないのでファミコンのCPU 6502のアセンブラを読んでいます。もはやリバースエンジニアリングです。

命令が非常にシンプルで、レジスタ幅は8bit、レジスタ数はA, X, Yの3つしかありません。読んでいる分には面白いですが、これでソフト書くことを想像すると辛いです。昔の人はこんなん書いてたのかあ……。ま、それはさておいて、プログラムの解析を行った結果、エンカウントのルールが「半分だけ」分かりました。

基本

• コントローラの状態を得るごとにカウンタが増減（アドレス0x523はデクリメント、0x524はインクリメントされる）
• キー入力でもカウンタの初期値が大きく変更される
• 移動用のキー入力（上下左右 とB）した「次のフレーム」でエンカウント判定

町の場合

256フレームでカウンタが1周（逆に言えば256フレーム以内にエンカウントチャンスがないなら、初期値変更の操作を入れる必要あり）

カウントの条件判定関数（アドレス0xE85Dとそのサブ関数）をLuaで書き直しました。BizHawkのLuaも初めて使ったので書き方がわからず、1回Pythonで書いてから移植するという無駄な行為をしました……。中心となる条件判定関数はこんな感じです。

function rol(v)
	local ncarry = (bit.band(v, 0x80) ~= 0)
	v = bit.lshift(v, 1)
	v = bit.band(v, 0xff)
	if (carry) then
		v = bit.bor(v, 0x1)
	end
	carry = ncarry
	return v
end

function ror(v)
	local ncarry = (bit.band(v, 1) ~= 0)
	v = bit.rshift(v, 1)
	v = bit.band(v, 0xff)
	if (carry) then
		v = bit.bor(v, 0x80)
	end
	carry = ncarry
	return v
end

function adc(v1, v2)
	v1 = v1 + v2
	if (carry) then
		v1 = v1 + 1
	end
	carry = (v1 > 0xff)
	return bit.band(v1, 0xff)
end

function sbc(v1, v2)
	v1 = v1 - v2
	if (not carry) then
		v1 = v1 - 1
	end
	carry = not (v1 < 0)
	return bit.band(v1, 0xff)
end

function judge(v0, v1, v2)
	local v24e = v0
	v523 = v1
	v524 = v2

	-- Addr: E8A1
	local v248 = 0x73
	local v249 = 0xc

	-- Addr: E8AB
	local v24a = v523
	local v24b = v524
	local v24c = v523
	local v24d = v524

	-- Addr: E8BF...E8D2
	for x = 7, 1, -1 do
		v24c = rol(v24c)
		v248 = ror(v248)
		if (carry) then
			carry = false
			ra = adc(v24a, v24c)
			v24a = ra
		end
	end

	-- Addr: E8D4
	carry = true
	v24a = sbc(ra, v24b)

	-- Addr: E8DD...E8F0
	for x = 4, 1, -1 do
		v24d = rol(v24d)
		v249 = ror(v249)
		if (carry) then
			carry = false
			ra = adc(v24b, v24d)
			v24b = ra
		end
	end

	-- Addr: E8F2
	carry = true
	v24b = sbc(ra, v24a)
	v524 = v24b

	-- Addr: E8FC
	carry = true
	v24a = sbc(v24a, v24b)
	v523 = v24a

	----------------------------------------------

	-- Addr: E871
	v24f = v24a
	ra = 0

	-- Addr: E87B ... E88F
	for x = 8, 1, -1 do
		v24f = rol(v24f)
		ra = rol(ra)
		carry = true
		ra = sbc(ra, v24e)
		if (not carry) then
			ra = adc(ra, v24e)
		end
	end

	-- Addr: E891
	v24e = ra
	v24e = v24e + 1

	return v24e
end

引数のv0には現在いるマップから決まる一定の値（アドレス0x6191の値）を渡し、引数v1, v2にはカウンタ0x523, 0x524の値を渡します。エンカウント判定の結果が1であれば敵とのエンカウントという意味になります。あとjudge() を呼ぶ前に、グローバル変数のcarry = falseにしておかないと結果が狂います。

内部でキャリークリアしとけ、って思われるかもしれませんがcarry = trueで呼ぶケース（今回は追っかけていませんが）もあるので、勝手にキャリークリアしてはいかんのです……。

話を元に戻すと、カウンタを255フレーム分、変化させながらこの判定関数を呼ぶと、今から何フレーム後にエンカウントするか予測できるわけです。

町マップのエンカウント予想

例えば、上記の画像だと（43, 157, 179）と出ています。これは43フレーム目にエンカウント処理が真と判定されるという意味です。ややこしいことに、Might and Magicのエンカウント判定は移動するボタン（前後左右、Bボタンのどれか）を押した「次のフレーム」に行われるため、42フレーム後に移動すると必ずエンカウントします。同様の理屈で156フレーム後、178フレーム後も移動すると必ずエンカウントします。

エンカウントを理解できたぞ、これならエンカウント楽勝だろ！と意気込んで地上MAPに行ってみたら、町以外（地上、ダンジョンなど）はカウンタの増減ルールが全く違っていて予測は微塵も機能しませんでした。ええ……そんな……。

予想以上の難解な動き

町だと1フレームに1回しかコントローラの状態を見ないため、カウンタも1しか変化しません。そのため予測が楽でした。ところが町以外のMAPはアイドル時間に全力でコントローラの状態を見るため、70〜80くらいカウントが一気に変わり、さらに嫌なことに毎フレーム変化量が違うので予測ができません。こりゃ無理ですね。

エンカウントと並ぶもう一方の難問「メッセージスキップ」のルールは全く分かりません。基本的にはボタンを押すとメッセージがスキップされるはずなのに、そうじゃない時間がかなりあります。プログラムを解析していると8フレームほど入力を全く見ていない瞬間が何カ所かあって、スキップと関連していそうでしたが、仕組みの解明には至りませんでした。

メッセージスキップを諦めるとかなり時間を食ってしまう（最速スキップで11〜16フレーム、スキップしないと160〜170フレーム）ので、困りましたね。

Might and Magic Book Oneのメインクエスト紹介

目次: Might and Magicファミコン版

ファミコン版Might and Magic Book Oneにはたくさんのクエストがありますが、クリアに必要なクエストはさほど多くありません。図示するとこんな感じです。

クエスト、アイテムの依存関係

なお、ファミコン版Might and Magic Book Oneの情報は、マイトアンドマジック1攻略情報 さんが非常に参考になります。地図がめっちゃ見やすいです。

メインクエスト紹介（手紙、兄弟、真のアラマー王）

クエストの位置など詳しい情報は攻略情報さんを見ていただくとして、下記ではTASで使った攻略ルートを簡単に説明します。

盗賊への転職

ソーピガルの町の [X: 2, Y: 13] にあるギルドに行って盗賊に転職します。Lv.1クリアには盗賊が必須です。盗賊以外を選ぶと扉の鍵が解除できなくて進めなくなります。Might and Magicはさ、どうぞどうぞ、と投げ出されたイベントアイテムにすら罠が仕掛けてある鬼畜仕様のため、アイテム拾うだけで盗賊が必須です。

ソーピガルからの脱出

ソーピガル → ソーピガル地下 [14, 0] → ノーザンバリアー洞穴 → 地上エリアC2の経路で移動し、町の外に出ます。ソーピガルの町の出口から出たいところですが、Lv.1で出口に行くと衛兵に「未熟者」と言われて追い返され、ソーピガルの町から出してくれません。

アイスプリンセスのクエスト（ダイヤの鍵）

C2 → C1 → B1 → B2の経路で移動し、[4, 4] にいるアイスプリンセスの問いに答えると、革袋がもらえて、中にダイヤの鍵が入っています。このクエストだけ、なぜか「さがす」必要はありません。ダイヤの鍵はテレポート20回分の魔法が込められていて、とても便利な移動手段です。C2 → B2は近道に見えますが、残念ながらアイスプリンセスに辿り着く道がありません。

GEMの入手

B2 → B3 → コリンブルッフ洞穴にいき、ダイヤの鍵を使ったテレポートで宝箱（[1, 1] [0, 3] [1, 5] のどれでもOK）の真上に飛びます。アイテムはクリアに不要ですが、一緒に手に入るGEMは後で使います。GEMもクリア時間短縮に欠かせない存在です。

手紙のクエスト（手紙 その1）

コリンブルッフ洞穴 → ソーピガル地下 [1, 2] へ行きコーラックからクエストを受けます。エルキューンのアガールに手紙を渡してくれと言われます。

手紙のクエスト（手紙 その2）

ソーピガル地下 → ソーピガル →（転送）→ エルキューンの経路で移動します。転送というのは、ソーピガル [11, 3] にいるおじさんのこと（GEM 1個でどの町でも送ってくれる）です。宿屋の奥 [4, 3] にいるアガールに手紙を渡すと、別の手紙を渡されてダスクのテルゴランに渡してくれと言われます。

オーラのクエスト

エルキューン → B1 → C1 → C2 → ソーピガルの経路で移動します。道すがら別のクエストを進めます。

• C2 [8, 8]: 占いオババと会いオーラの色を調べます。後のクエストで聞かれる（さんごの鍵）のでメモをお忘れなきよう。

手紙のクエスト

ソーピガル →（転送）→ ダスクの経路で移動します。テルゴランは迷路の先 [8, 0] にいます。この町はテレポート無効なので、地道に歩きましょう。テルゴランに手紙を渡すとアルガリーのゾム、ポートスミスのザムの兄弟に会ってくれと言われます。

兄弟のクエスト

ダスク → ダスクの地下 → ソーピガル →（転送）→ アルガリー → ポートスミスの経路で移動し、兄弟に会います。歩いて会おうとすると大量の強制エンカウントで時間が掛かるので、テレポートで全部飛ばします。ゾムザム兄弟はどちらが先でも良いですが、ポートスミス → アルガリーだとポータルもなく移動も辛いので、アルガリー → ポートスミスがおススメです。

• アルガリー [1, 1]: ゾム
• ポートスミス [12, 2]: ザム

市民のパスポート、兄弟のクエスト（ルビーの笛）

ポートスミス → B3 → B2 → B1 → C1の経路で移動します。C1 [7, 7] でゴールデンバウムという金ぴかの木を見て、ゾムザム兄弟の伝言通りに歩き [15, 15] へ行くと、ルビーの笛が沸いてきます。基本的に「さがす」しないとモノが手に入らないゲームですが、このクエストだけ「さがす」をする必要がありません。変なクエスト……。

• C1 [5, 7]: 市民のパスポート（城に入るために必要）を取る、馬車を調べるか？に「はい」、その後「さがす」です。
• C1 [7, 7], [15, 15]: ゴールデンバウムとルビーの笛です。

フック付きロープ

C1 → C2 → ソーピガルの経路で移動し、店で「フック付きロープ」を10Gで買います。ソーピガル以外にも売っていますので、ソーピガル以外でも構いません。デューム城で使うので、その前に買っておいてください。

真のアラマー王のクエスト（金の鍵）

ソーピガル →（転送）→ ポートスミス → B3 → 魔法の砦の経路で移動し、魔法の砦B2の [3, 4] にいる犬の像まで行きます。テレポート活用が吉です。犬の像と話した後に「さがす」と金の鍵が拾えます。デューム城で使います。

真のアラマー王のクエスト（貴族のパスポート）

B3 → B2 → A2の経路で移動し、迷路の奥 [0, 15] にいるドルイドのパルセラの問いに「はい」と答えた後に「さがす」と貴族のパスポートが拾えます。アラマー城で使います。エリアA2はテレポートが使えないので地道に歩きましょう。

真のアラマー王のクエスト（ゴロスのめだま）

A2 → B2 → B1 → A1 → デューム城の石垣 → デューム城内部の経路で移動します。エリアA1もテレポートが使えないので、地道に歩きますが、迷路がクッソ長くて辛いです。

• A1 [7, 14]: デューム城の石垣、内部への入り口です。
• デューム城 [8, 5] [6, 6] [7, 10]: 壁の外に押し戻される罠（三カ所）、フック付きロープで飛び越えましょう。
• デューム城 [7, 7]: 金の鍵を持たずに行くと扉に吹き飛ばされます。
• デューム城 [7, 8]: 真のアラマー王と話した後「さがす」と「ゴロスのめだま」を拾えます。

ニセのアラマー王の正体クエスト

デューム城 → A1 → B1 → C1 → C2 → ソーピガル →（転送）→ ダスク → E1 → E2 → E3 → アラマー城の経路で移動します。アラマー城に入るにはハレーショにパスワードを聞いて、ライオンのレリーフに答える必要がありますが、テレポートで全て無視して入り口 [14, 7] に直行できます。必要なアイテムを所持していればニセのアラマー王に「正体を見破ったな」と言われ、イドの迷宮に飛ばされます。

• 市民のパスポート: 持たずに入り口に行くと、衛兵に追い返されます。
• 貴族のパスポート: 持たずに王の部屋の前に行くと、衛兵に追い返されます。
• ゴロスのめだま: 持たずにニセのアラマー王に会うと、クリア不能クエストを押し付けられます（僧侶の「ちゅうし」でキャンセルするしかない）

イドの迷宮

英語版だとSoul Mazeですが、日本語版は「イドの迷宮」という全然違う名前で、ニセのアラマー王のセリフ「ソウルメイズの地に監禁」が意味不明に見えます。訳を間違ったのかなあ……？本来はマッピングしてパスワードを知ります。「いちをしる」魔法が使えないため、マッピングの難易度は高いです。しかしパスワードは固定なので正解を知っていれば瞬殺です。クリア後はソーピガルに戻されます。

以上がMight and Magicの世界に起こった事件と、その謎に迫るメインクエストを超スピード解決する手順となります。初めてプレイする方がこの手順でクリアすると、たぶん訳が分からないと思います。

お時間がある方は、攻略サイトを見ながらでも構わないので、金の板や町のヒント、囚人たちなどに出会い話すと、しっかり作られた世界感が味わえると思います。

メインクエスト紹介（オーラ、アストラル世界）

もう一つのメインクエストの流れです。オーラのクエストは、ストーリーにはあまり関係ないです。ラストダンジョンの歯ごたえを増すためのクエストという感じです。アストラル世界は全てのストーリーの終着点で、ああ、そういうことだったんだ！と思うはずです。

オーラのクエスト（さんごの鍵）

ソーピガル → ポートスミス → B3 → B4 → A4の経路で移動します。[4, 6] にいる老人に、各キャラクターのオーラの色を答えます。オーラはエリアC2の占いオババに教えてもらった色です。正解すると [4, 2] に飛ばされるので、その場で旋回（移動しちゃダメ）、「さがす」で「さんごの鍵」を拾えます。

オーラのクエスト（金色のオーラ）

A4 → B4 → C4の経路で移動します。先頭のキャラクターにさんごの鍵を持たせて [7, 2] で南を向くと、ボルカノ神殿に入れます。ボルカノ神殿 [7, 11] の火山の神に「なぞ」を出してもらって、答えると「金色のオーラ」にしてもらえます。ボルカノ神殿の入り口のある島は、テレポートで入れますが、テレポートで出ることはできません。注意。

オーラのクエスト（キーカード）

C4 → B4 → A4の経路で移動します。[4, 6] にいる老人に会うと、また [4, 2] に飛ばされるので、その場で旋回、「さがす」で「キーカード」を拾えます。

アストラル世界

ゴロスのめだまを使ってアストラル世界に飛びます。壁がほぼすべて透明のバリアで構成されている鬼畜が考えたダンジョンです。迷ってしまったら敵から逃げれば、かならずスタート地点の [7, 0] に戻れるので、敵を倒すばかりでなくうまく使いましょう。

• 5カ所の封印: [4, 6] [4, 10] [7, 14] [10, 10] [10, 6] にある封印を解除します。解除するたびに敵が出ます。
• [7, 10]: ドア、キーカードで開きます。
• [7, 8]: 「やすむ」と次に進みます。イドの迷宮をクリアしている必要があります。
• [6, 7]: コーラックがいて、世界の果てに行けと言われ、ソーピガルに戻されます。

世界の果て

ソーピガル →（転送）→ エルキューン → B1の経路で移動します。[4, 15] にある世界の果てに行くとゲームクリアです。最後にBook Twoに続く！と出ますが、Book Twoはファミコンでは発売されませんでした。悲しい。スーパーファミコン版が発売されているようです。

この他にも諸侯のクエスト、全く関係ないクエストなど、たくさんありますので、ぜひ遊んでみてください。全体的に良くできたゲームシステムだと思うんですけど、難易度の高さ（敵が強すぎる……）に、挫けそうになるのがイケてないポイントではあります。

Might and Magic Book Oneで初めてのTASに挑戦

目次: Might and Magicファミコン版

子ども時代のトラウマ難易度ゲームMight and Magic Book Oneに、大人になってから挑みましたが、変わらず撃沈しました。やっぱり難しいです。でもエミュレータなら、Lv.1で最速クリアする動画を作れるんです。いわゆるTAS（Tool Assisted Speed-run）動画です。

TASするにあたっては、定番のBizHawkというエミュレータを使います。ROMをロードしてTool - TAStudioを選ぶと、フレーム単位でキー入力を選べる画面が出現します。

BizHawk TAStudio

操作に自信があるならRecording modeを使って自分の操作を記録し、あとでファインチューンすると良いでしょう。私は操作にあまり自信がなかったので、1フレームずつチマチマとマウスで入力しました。

TAS第一弾

とりあえずエンディングまで辿り着いたので、YouTubeにもアップロード（[TAS] NES Might and Magic Book One (J) 23:30 - YouTube）しました。YouTubeのアップロード側機能は初めて使いましたが、とても使いやすいですね。

TASとしてのクオリティはあまり良くないです。攻略ルートがかなり適当で、これより早くクリアできる動画は簡単に作れると思います。容易に改善できそうなところは、

• メッセージスキップしてない（スキップ条件が良くわからなかった）
• 「ようせい」との戦闘に2ターン掛けてる
• 「ガラドリエルのめぐみ」取りに行くのが無駄（Gemは「ようせい」が落とした7つで足りてた）
• ダスクの町の店で物を売る必要がない（金は足りてる）
• 地上エリアA2（火山地帯）からの脱出が遅い
• 「さんごのかぎ」の受け渡しが無駄（先頭の人が持てるルートに変えた方が良い）
• 5人もパーティーに入れている

5人パーティーだとオーラのクエストが長いし、戦闘で行動できない人が出やすく無駄が多いので避けたいですが、4人パーティーだと「ようせいx 3」が出ないので、妥協しました。

あとMight and Magicの大きな特徴として、敵から逃げるとMAPの特定の位置に必ず戻される仕様があります。わざとエンカウントし逃げれば、歩くよりも早く移動ができる可能性があります。TASではぜひとも活用すべき事項ですが、エンカウントのルールがわからず、エンカウント確率もかなり低いため、総当たりだと全然エンカウントしません。これは厳しい。ギブアップ。

とまあ、色々諦めたしょぼいTAS動画を作っただけで非常に疲れました……。世の中のハイレベルTAS動画の作者さんは凄いですわ〜。

補足

Might and Magicファミコン版は日本語版と英語版があります。このうち英語版のTASは既に存在していて、クリアタイムがたったの8分（[TAS] NES Might and Magic by Dammit in 08:07.72 - YouTube）です！超早ですね。

英語版はアイテムを別のアイテムに化けさせるバグがあって、そのバグを突くとゴミから終盤のクエストでもらえるはずのアイテムを錬成でき、ほぼ全てのクエストを無視してラストダンジョンに挑めます。

日本語版ではバグが修正されているほか、クエストの仕様も違うため、少なくとも同じ攻略法ではクリアできません。

久しぶりにファミコンのMight and Magic Book Oneをやってみたい

目次: Might and Magicファミコン版

Nintendo Switch Onlineに加入すると、ファミコンやスーパーファミコンのソフトでも遊べるので、子供の時に挫折したゲーム（最近だとファミコンウォーズ、スーパーピクロス）をやっています。グラフィクスは近年のゲームと比べるまでもなくショボいですけど、今も名作は名作です。面白いですね。

子どもの時に挫折したゲームはいくつもありますが、ナンバーワンがMight and Magic Book One : the Secret of the Inner Sanctumです。この時代に流行ってたWizardryみたいな3D風の迷路を歩いていく海外製RPGです。難易度が異常に高くて有名で、小学生の私はLv.2すら拝むことなく諦めました。

この手のSwitchには収録されていないソフトも遊びたいなあ？と思って、ニューファミコンを物色していたのですが、結構でかくて邪魔そうだし、中古の割に高いです。今でも人気なのか……侮ってましたね。

ですが、我々にはPCとエミュレータがあるじゃないですか。幸いなことに、ファミコンソフトそのものはそんなに高くないので、ROMダンパーでROMを吸い出して、PCで遊ぶことにしました。

レトロダンパー

私はレトロダンパー（メーカーのサイト）を使っています。クライアントを起動して、認識ボタンを押し、吸い出すだけでOKなので便利です。

Might and Magic Book One購入

早速、中古のカセットを購入しました。外観は割とズタボロというか、年季入った姿です。ま、動けば良いのさ。

ファミコン版Might and Magic Book Oneのカセット

GAKKENのロゴの通り、なぜか日本語ローカライズは学習研究社（学研）が行っています。今見ると不思議です。教科書作ってる学研が、なぜゲームの移植を……。

レトロダンパーにカセットを挿した状態

レトロダンパーさんで吸い出すときはこんな感じになります。吸い出したROMをエミュレータに放り込んでみたところ、正常に動作しているようです。良きかな良きかな。

ゲームの感想

まずは普通に遊んでみました。今なら意外とクリアできるのでは？と思ったのも束の間、あっ、無理でした。調子乗ってすみませんでした。在りし日の絶望が蘇りました。

• 攻撃がほぼ当たらない
• 敵から逃げられない
• Lv2が果てしなく遠い
• 罠解除役（盗賊）が宝箱の罠に掛かる
• パーティーがすぐ全滅、タイトルに戻される

最初から難しすぎます。基本的には1バトルごとに休憩＋セーブって感じです。攻撃が当たらないのも辛く、一方的にボコられて死んでしまいます。死んだら復活させるお金がないのでリセットです。

さらにWikipediaを見てびっくりしたのは、次の一文です。
「ファミコン版は（中略）やや簡単に調整された部分が多い」
えっ？これで？嘘だろ……？？オリジナル版はどれだけ鬼畜難易度なの？

息抜きにYouTubeで攻略動画を見ていると、ラストダンジョン（イドの迷宮、アストラル世界）の音楽がとてもカッコ良いですね。何とか辿り着きたいですが、最初の町（ソーピガルの町）から脱出できていない身からすると、果てしなく遠いです。

Might and Magicファミコン版 - まとめリンク

目次: Might and Magicファミコン版

TASに挑んだ記録。

• Might and Magic Book Oneで初めてのTASに挑戦
• Might and Magic Book One TASタイム短縮の記録
• Might and Magic Book One TASは移動が全て
• 初めてTASVideosに投稿
• Might and Magic Book Oneのルート大幅更新
• Might and Magic Book Oneのルート大幅更新、その2
• Might and Magic Book One TAS長距離移動手段のまとめ
• Might and Magic Book One TAS最後の更新
• 初めてニコニコ動画に投稿した
• Might and Magic Book One TAS最後の更新2
• Might and Magic Book One TAS最後の更新3（右に回れ）
• Might and Magic Book One TAS US版の世界記録を更新
• Might and Magic Book One TAS US版がTASVideosにAccept
• Might and Magic Book One TAS US版、更新
• Might and Magic Book One TAS US版、更新2
• Might and Magic Book One TAS US版、更新3
• Might and Magic Book One TAS US版（更新）がTASVideosにAccept
• Might and Magic Book One TASのその後

解析したときの情報。その他。

• 久しぶりにファミコンのMight and Magic Book Oneをやってみたい
• Might and Magic Book Oneのメインクエスト紹介
• 初めての6502アセンブラに挑戦
• Might and Magic Book Oneのエンカウント処理が半々でわかった
• Might and Magic Book OneのマップID情報
• Might and Magicの隠しコマンド
• Might and Magic Book OneのRAM領域とマップデータ
• Might and Magicのメッセージスキップ処理のタイミング
• Might and Magic Book Oneのキャラクター情報
• Might and Magic Book Oneの実行時情報
• Might and Magic Book OneのモンスターID情報
• Might and Magic Book Oneのエンカウント予想

リンク集

Might and Magicの攻略、解析の参考になるサイトです。

• マイトアンドマジック1攻略情報
• マイトアンドマジック (FC) 攻略/解析
• MMC3 - Nesdev wiki
• NES研究室 - メモリマップ
• NES基礎知識 - CPU - 壁は通り抜けられませんよ

目次: 一覧の一覧

携帯の遍歴

日記を漁って携帯の遍歴を書き出してみました。日記を書く習慣がなかった頃の機種や時期は不明です。

J-PHONE, Vodafone

• 不明（2000年くらい？）: SHARP J-SH04辺り？
• 不明（2002年くらい？）: TOSHIBA J-T06辺り？（ストレートだった気がする）

NTTドコモ、ガラケー

• 2004年8月: Fujitsu F506i
• 2005年6月: Fujitsu F506iマイク故障で交換
• 2006年 ?月: NEC N902iS
• 2008年 ?月: NEC N902iSのバッテリー交換
• 2010年7月: Panasonic P-03B

NTTドコモ、スマホ

• 2011年7月: Sony Ericsson Xperia acro SO-02C
• 2014年3月: SHARP AQUOS PHONE ZETA SH-01F

SIMフリー、スマホ

• 2016年11月: ASUS Zenfone 3 Deluxe
• 2021年4月: Google Pixel 4a

（基本的には）長く使っていた機種は気に入っていた機種です。ガラケー時代はいずれも良い機種で、バッテリーが死ぬまで使ってました。最後のP-03Bだけ1年しか使っていませんが、不満があったわけではなく、知人に携帯を譲るため手放しました。たしか。

スマホ時代は国内メーカーの質は明らかに落ちました。SO-02Cはソツなく良かったんですけど、ストレージが少なすぎで買い替え直前は容量不足で挙動不審でした。SH-01Fは性能良いものの、電池がなくなるのが早く、本体が熱すぎでした。この機種で懲りてAndroidハイエンド機を買わなくなりました。

今になって調べてみたところ、この2機種はマシな部類だったようで、富士通ARROWSのように「カイロ機能搭載」「電話ができない」「メールがこない」など、怨嗟にまみれたレビューが未だに残っている機種もあります。悲惨です。

日本だけ異常にiPhone普及率が高い理由って、国内メーカーが2010年代初頭にやらかしたから……！？と思ってしまいました……。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。

マルチコアのブート処理

目次: RISC-V

メインCPUからサブCPUを起こすとき基本的には、

• CPUのID（RISC-VであればCSRのmhartid）を見て、自身がメインかサブかを知る
• サブ側は共有RAMをポーリングなどで見張り、メインCPUからの起動司令を受け取るまで待つ
• メイン側は共有RAMに値を書いてサブCPUに起動司令を送る

RAMの初期値が不定であると仮定すると、サブCPUが下手にポーリングすると、不定値によって条件が成立してしまい、メインCPUからの起動司令がないのに勝手に起動してしまう事態に陥ります。

素朴な実装

先程書いた基本的な構造を素直に書くとこんなコードになるでしょう。

/* メインCPUはHARTID=8, サブCPUはHARTID=0...3とする */

#define HARTID_MAIN         8
#define HARTID_SUB_START    0
#define HARTID_SUB_END      3

#define HARTID_MAX          9

struct {
	int boot_wait;
	int boot_done;
} init_core[HARTID_MAX] = {};

int get_hartid(void)
{
	int i;
	__asm__ volatile("csrr %0, mhartid" : "=r"(i));
	return i;
}

/* メインCPUが実行する */
void boot_main(void)
{
	for (int i = HARTID_SUB_START; i < HARTID_SUB_END; i++) {
		init_core[i].boot_wait = 1;
	}
}

/* サブCPUが実行する */
void boot_sub(void)
{
	int hartid = get_hartid();

	while (!init_core[hartid].boot_wait) {
		/* busy loop */
	}
}

残念ながらこのコードは正常に動作しません。共有RAMつまりinit_core[hartid].boot_waitの値が起動直後から != 0だったとき、boot_sub() はboot_main() からの起動司令を待つことなく起動してしまうからです。

不定値への対処

共有RAMの不定値に対処する方法を考えます。基本的にはサブCPUが変数を初期化（boot_wait = 0）してから待ちに入れば良いのですが、新たな問題が生じます。メインCPUとサブCPUの実行順序はどちらが先という保証はないため、

• メインCPUからの起動司令boot_wait = 1
• サブCPUで変数を初期化boot_wait = 0

以上の順で実行されるとメインCPU側の起動司令が消されてしまい、ハングアップする可能性があります。この問題の回避のため、変数を1つ追加し、サブCPUのブートが終わるまで、メインCPUは繰り返し起動司令を送るように変更します。

• 変数を2つ用意する（boot_wait, boot_done）
• メイン: boot_done = 0
• メイン: サブから応答（boot_done != 0）があるまで、boot_wait = 1を書き続ける
• サブ: boot_wait = 0
• サブ: boot_done = 0
• サブ: boot_wait == 0なら待つ
• サブ: boot_done = 1

先程書いた基本的な構造を素直に書くとこんなコードになるでしょう。

/* メインCPUはHARTID=8, サブCPUはHARTID=0...3とする */

#define HARTID_MAIN         8
#define HARTID_SUB_START    0
#define HARTID_SUB_END      3

#define HARTID_MAX          9

struct {
	int boot_wait;
	int boot_done;
} init_core[HARTID_MAX] = {};

int get_hartid(void)
{
	int i;
	__asm__ volatile("csrr %0, mhartid" : "=r"(i));
	return i;
}

/* メインCPUが実行する */
void boot_main(void)
{
	for (int i = HARTID_SUB_START; i < HARTID_SUB_END; i++) {
		init_core[i].boot_done = 0;
		while (!init_core[i].boot_done) {
			init_core[i].boot_wait = 1;
		}
	}
}

/* サブCPUが実行する */
void boot_sub(void)
{
	int hartid = get_hartid();

	init_core[hartid].boot_wait = 0;
	init_core[hartid].boot_done = 0;

	while (!init_core[hartid].boot_wait) {
		/* busy loop */
	}
	init_core[hartid].boot_done = 1;
}

残念ながらこのコードも正常に動作しません。共有RAMへの値の反映が他のCPUに即座に見えること（アトミック性）を暗に期待しているからです。

アトミック性への対処

今日のマルチコアシステムでは、boot_wait = 0としたときに、他のCPUにも即座に同じ値が見えているとは限りません。主な要因としては、

• コンパイラによる並べ替え
• CPUのパイプライン
• CPUのデータキャッシュ、ライトバッファ

などがあります。通常の変数への代入、参照が他のCPUに即座に値が見えないことにより、おかしくなるパターンはいくつか考えられそうですが、ありがちなパターンとして、

• サブCPU 0が起動したboot_done = 1
• メインCPUにboot_done = 1が伝わらず、サブCPU 1の起動指令がいつまでも送られない

以上の順で実行されるとメインCPU側が起動司令を送らないまま、サブCPU側も何もできずハングアップする可能性があります。この問題の回避のため、通常の変数への代入、参照ではなく他のCPUにも値が見えるように初期化、代入（アトミックアクセスする）必要があります。

従来C言語でアトミックアクセスを行うためには、実装対象アーキテクチャの知識やアセンブラの記述を必要とするなど、やや困難が伴いました。ですがC11でアトミックアクセス用の定義stdatomic.hが追加されたことで、アトミックアクセスはかなり楽になりました。素敵ですね。

ひとまず速度を全く気にせず、全てのアクセスをアトミックアクセスに入れ替えると、こんなコードになるでしょう。

/* メインCPUはHARTID=8, サブCPUはHARTID=0...3とする */

#define HARTID_MAIN         8
#define HARTID_SUB_START    0
#define HARTID_SUB_END      3

#define HARTID_MAX          9

struct {
	atomic_int boot_wait;
	atomic_int boot_done;
} init_core[HARTID_MAX] = {};

int get_hartid(void)
{
	int i;
	__asm__ volatile("csrr %0, mhartid" : "=r"(i));
	return i;
}

/* メインCPUが実行する */
void boot_main(void)
{
	for (int i = HARTID_SUB_START; i < HARTID_SUB_END; i++) {
		atomic_store(&init_core[i].boot_done, 0);
		while (!atomic_load(&init_core[i].boot_done)) {
			atomic_store(&init_core[i].boot_wait, 1);
		}
	}
}

/* サブCPUが実行する */
void boot_sub(void)
{
	int hartid = get_hartid();

	atomic_store(&init_core[hartid].boot_wait, 0);
	atomic_store(&init_core[hartid].boot_done, 0);

	while (!atomic_load(&init_core[hartid].boot_wait)) {
		/* busy loop */
	}
	atomic_store(&init_core[hartid].boot_done, 1);
}

C11のアトミックアクセスは何も指定しない場合、一番制限の強い（= 確実に他のCPUに見えるものの、アクセス速度は遅い）memory_order_seq_cstアクセスになります。マルチコアのブートを行うにあたって、常に制限が強いアクセスは必要ありませんが、とりあえずこれで動くはず。

xtermの256色端末

まれにxtermの256色指定エスケープシーケンスに対応していない端末があってvimの表示が変な色になってしまいます。チェック用のスクリプトを作っておきました。単純に背景色を変更するエスケープシーケンスと、空白文字、色を元に戻すエスケープシーケンスを連打するだけです。

#!/bin/sh

ESC_ORG="\e[0m"

print_colors()
{
	for i in ${*};
	do
		printf " %3d\e[%dm  " ${i} ${i};
		echo -n ${ESC_ORG}
	done
	echo
}

print_xterm_colors()
{
	for i in ${*};
	do
		printf " %3d\e[48;5;%dm  " ${i} ${i};
		echo -n ${ESC_ORG}
	done
	echo
}

echo "System colors (ESC[Nm):"
print_colors `seq 40 47`

echo
echo "xterm 256 colors (ESC[48;5;Nm):"
for i in `seq 0 8 248`;
do
	j=`expr ${i} + 7`
	print_xterm_colors `seq ${i} ${j}`
done

実行するとこんな感じになります。

スクリプトの実行結果

対応していない端末だとこうなりますと言いたいところでしたが、対応していない端末が見当たりませんでした。前はあった気がするんだけどなあ……？