プチ音の再修正

ゲームFSMからのコマンドにより、サウンドはサウンドFSMで演奏されます。サウンドとサウンドの間は、サウンドが鳴り続けないように、一旦OFFにします。

シミュレーション波形を観測している際に、UFO飛行音は連続して再生されるので、一旦サウンドをOFFにするとプチ音がするのではないかと思い、ONを継続するように変更したところ、却ってプチ音がするようになりました。

確かにステートベース設計の旧版では一旦サウンドをOFFにしていたため、そのように戻したところ、プチ音は聞こえなくなりました。

修正前はson=False、dout=NULLのためにプチ音が鳴っていると思い、son=True, dout=前データを継続としましたが、却ってプチ音が鳴るようです。波形は再修正後です。

サウンドFSM(UFO音チャネル#3)のアルゴリズム

フラグのON/OFFアルゴリズムを表500.1にまとめました。

上記でプチ音対策で修正した箇所は表500.1の緑色表示の部分です。一旦son <= TrueとONを継続するように修正しましたが、OFFに戻しました。

まず、通常のサウンドNo.1及び3は以下のフローとなります。

1. GameFSMはempty == Trueの場合にコードを出力し、同時にOneStageFSMに対してwr_enを発行します。
2. OneStageFSMはempty = False(=Full)とします。
3. SoundFSMは正当コードかつempty == False (=Full)を待ち、入力されたらrd_en = TrueをOneStageFSMに返します。
4. OneStageFSMはempty = Trueとします。
5. GameFSMはempty == Trueを待ち、入力されたら終了です。
6. SoundFSMもempty == Trueを待ち、入力されたらrd_en = Falseとします。
7. SoundFSMはUFOオフコマンドならUFOフラグをOFFして終了します。
8. SoundFSMはUFOオフコマンドでなければフォーマットをデコードします。
9. SoundFSMはサウンドをカウント分演奏します。

次に、通常のサウンドで無い場合No.2は、UFOフラグがTrueの時であり、GameFSMのコードがキューに無くてもUFO飛行音を演奏し続けます。

1. GameFSMはなにもしません。
2. SoundFSMはUFOフラグ==Trueの場合には、実行しますがrd_en = Trueは返しません。これはキューに何もないためです。
3. SoundFSMは内部的にはUFO飛行音と扱います。
4. SoundFSMはフォーマットをデコードします。
5. SoundFSMはサウンドをカウント分演奏します。

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サウンドFSM毎に固有のROMを持ちますが、ROMとアクセスアドレス、データの関係表です。各コードは3段のエントリとなっており、それぞれフォーマット格納アドレス、フォーマット長、データ格納アドレス、データ長、サウンド格納アドレス、サウンドデータの順となっています。

バスアクセスのシミュレーションエラーが出たため、まとめておこうと思い上記の表を作成しましたが、エラーの原因はROMの内容が古かったためでした。

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テストケース

設計で最重要なのがテストケース作成です。バグの無い設計のためには、テストケースを網羅的に作成して検証する必要があります。

プログラムの対称性に鑑み、最小必要パターンのみとしました。パターンは必要に応じ、随時追加削除していきます。

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チャネルとコードの対応

チャネル起動条件

それぞれのサウンドチャネルは別のFSMにより駆動されます。それらの起動条件を上げると、

• チャネル0(FSM0) ---- (CODE1_ON || CODE2_ON || CODE9_ON) && !empty
• チャネル1(FSM1) ---- CODE3_ON && !empty
• チャネル2(FSM2) ---- (CODE4_ON || CODE5_ON || CODE6_ON || CODE7_ON) && !empty
• チャネル3(FSM3) ---- ((CODE8_ON || CODE10_ON || CODE10_OFF) && !empty) || UFO
• 例外処理: チャネル3においてはCODE10_ONの場合、OFFが来るまで演奏し続けるようにUFOのフラグを立てますが、起動時にUFOフラグだった場合はコマンドが無くてもCODE10_ONとして起動します。

チャネル終了条件

それぞれのサウンドチャネルは演奏を終了することがあります。カウンタが0になる場合またはプリエンプションです。具体的な終了条件(もしくは割り込み条件)を上げると、

• カウンタが0になる (|| 以下のプリエンプション)
• チャネル0(FSM0) ---- ((CODE1_ON || CODE2_ON || CODE9_ON) && !empty) && (current != CODE9_ON)
• 例外処理: チャネル0(FSM0) ---- CODE9_ONの場合はプリエンプション禁止のため、currentを見てCODE9_ON(自機増加中)だったら割り込まないようにします。
• チャネル1(FSM1) ---- CODE3_ON && !empty
• チャネル2(FSM2) ---- (CODE4_ON || CODE5_ON || CODE6_ON || CODE7_ON) && !empty
• チャネル3(FSM3) ---- (CODE8_ON || CODE10_ON || CODE10_OFF) && !empty
• 全チャネル(FSM0～3) --- コードがある場合はキューから取り出し先頭に戻ります。

このように、起動条件の例外はUFOフラグが立っている場合であり、終了(割り込み)条件の例外は自機が増加中に割り込まない場合です。

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設計方針

前回のBSVによるサウンドFSMの設計においては、ステートベース設計手法により設計しました。ステートベース設計とは、ここでは一連のフローを、クロックサイクルで定義されるステートに分解し、ステートのルールを一つずつ書いていく手法を指します。ただ、Verilogでも同じ手法で設計するため工数は同じであり、高級言語のご利益はありません。

前回の設計では、以前にVerilogでステートベースで設計した経験があるので、階層化ルールを用いて階層化FSMをステートベース設計しました。今回は比較のため、シーケンスベースで設計しようと思います。シーケンスベース設計とは、ここではシナリオを人手でステートに分解せずに、BSVに任せることを指します。

使用コンパイラ

ところが、2021年末にアップグレードのため、bscを再コンパイルしたところ(build 9a7d5e05)、Verilog出力が正しくできなくなりました。具体的にはスタックオーバーフローというエラーが出ます。フォーラムで聞いたところソースを送って欲しいとのことでした。

ソースを送って調べてもらいましたが、スタックを広げるコマンドを実行してもエラーが出るらしく、ソースを改善せよとのことです。ソースは巨大なFSMから構成されるため、FSMを分離したいのはやまやまなのですが、教えられた通り実施しても、bscが一個のFSMにまとめようとするためうまく行きませんでした。やむなく、以前のコンパイラ(build 38534dc)を使い続けることにします。

処理フロー

図54.2は以前の記事に示したもので、FSMはこれをデコードし、音声を出力するものです。

従って、基本的なフローはこのフォーマットどおりのステートベース設計のものを踏襲します。

• コード待ち ---- FSM0～3に応じたコードを受け付ける)
• 例外フラグ ---- UFOの場合はONからOFFまでサウンドをならし続ける等の例外への対処
• コードに応じてROMの先頭+16にポインタを移す
• フォーマットサイズを取得し、ポインタをフォーマット長分だけ増加
• "data"をスキップ
• データサイズを取得しカウンタにセット
• ポインタをデータの先頭に移す
• 終了条件でなければループ
• 　音声データを取り出す
• 　データを出力
• 　ポインタを進める
• 　カウンタを1減らす
• ループ終端

ここで前回は、上記ループ内部において、インターポレーションのため4クロックからなるサウンド出力を4回繰り返していました。が、出力はループ内では変わらないので、16サイクルに1回出力すれば良いことになります。よって上記のループは16サイクルになるように設計します。

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製造(PCBA)費用が安いため、JLCPCBにUltra96toPMODボードを再オーダーしました。グリーン基板はなぜかセットアップやステンシル費用がパープル基板より安いのですが、パープル基板でも他社よりも安いのに加え、今回はクーポン10 USDの割引が使用できるため、今回はパープル基板で製造しました。組み立てもかなり安かったため、今回はレベル変換ICのみ実装したPCBを製造しました。

パープル基板とグリーン基板を製造し、さらにICを2個/枚×10枚実装した場合の費用の内訳を示します。グリーン基板のほうが半額近い費用です。

価格表に示すとおり、パープル基板はグリーン基板よりも倍近く高いものの、SMD部品を2個ずつ実装してもらっても1枚5ドル程度でした。

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記事#482の続きです。

RAMS 2023のプログラムが発表されました。弊社の投稿した論文の枠は、E01(Reliability Modeling 1, グリーンで表示), 2023/1/23の10:15からとのことです。

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