夜空に瞬く星をシミュレーションする星の点滅プログラムです。

Advent Calenderで発表の都合上その後に公開します。 $$\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}$$

ファイルstars_xy.vhは、サポートプログラムにより元画像から白点の位置を抜き出したデータであり、以下のようなものです。コメントにもありますが、 $$(x, y, P, \phi)$$ の形式です。これをStringでChatGPTに改善してもらったように{ps1, ps2, ...., psn}と並べます。 packed star形式としてps関数を用いて以下のように初期化し、

// loaded 76 stars from stars_xy.csv
// ps(x, y, P, phi) 形式
  ps(  0,   0, 64, 19),
  ps(204,   1, 16,  7),
  ps( 63,   2, 16, 11),
:
  ps( 33, 251, 32,  8),
  ps(165, 254,  8,  0),
  ps(232, 254, 64, 33)

使う場合はあらかじめunpackしてreverseしたテーブルのほうを引いて使います。

ChatGPT 5.1に各種サポートプログラムをpythonで作成してもらった他、bsvについて 9割方はChatによるもので ユーザはデバッグ係となっていました。

ChatGPT 5.1は慣れないbsvこそ時々文法誤りコードを吐くことがあるものの、pythonは完璧な出来映えで一度もバグを入れることはありませんでした。pythonの方が得意な印象ですが、世の中に有るコードベースを考えたら無理もありません。

これ程pythonが得意なら。今後もう人間がpythonを書くことは無くなり、pythonは機械語のような位置付けになるかもしれません。昔は機械語のバイナリを覚えたものですが（C3,00,80,...）それと同じことになりそうです。

幸いbsvはまだそこまで得意ではないので、まだ人間が書く楽しみが残されています。

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次に夜空の星の点滅プログラムです。8bitレトロマシンとは思えないくらいの立体感のある映像になりました。もともと立体感のある画像だからなのですが。

例によって星の点滅をChatGPTと相談したら3案提示されたのですが、周期と位相を適当にずらす案を採用し、そのコードを書きました。

案3：座標から「周期と位相」を決めるだけの簡単版

擬似乱数すら使わず、各星に違う周期と位相を与えるだけでも、それなりに「ランダムっぽく」見えます。

1. フレームカウンタ$t$を用意。

2. 星の座標$(x,y)$から、その星固有の周期$P$と位相$\phi$を決める。 例： $$ P = 8 + ((x + 2y) \bmod 5) \quad (8 \sim 12; \text{フレーム周期}) $$ $$ \phi = (3x + y) \bmod P $$

3. 星は次の条件で ON にする。 $$ \text{star_on} = 1 \iff ((t + \phi) \bmod P) < \frac{P}{2} $$

• つまり各星は周期$P$で点滅し、そのうち半分だけ点灯。
• 星ごとに$P$と$\phi$が違うため、全体としてはかなりバラバラに光って見える。

ハード実装としては

• $P$を事前に ROM に入れておくか、座標から組み合わせ回路で計算、
• Pを2の冪にすれば、$\bmod P$の演算も不要

Advent Calenderで発表の都合上その後に公開します。 $$\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}$$

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ブリッジのコードに怪しいところがあるので、修正中です。さて、オープニング画面を追加したいと思い、bsvコードを書きました。8bit(?)レトロマシンとは思えないくらいの立体感のある映像になりました。

まず画像のロード関数です。元画像はここにあった解像度の高いものを256x256に縮め、さらに色数を4色に落としました。単純にパターンROMに画像を置いてVRAMに転送するだけではあまり面白くないので、RLE (run length encoding)を行いました。

元画像はpythonでRLEしましたが、そのデコーダ部のbsvコードを示します。

// PROM アドレス（1 nibble 単位）
Reg#(PAddr_t)   rleAddr      <- mkReg(0);

// 展開先の相対座標 (0..255, 0..255)
Reg#(U8)        rleX         <- mkReg(0);
Reg#(U8)        rleY         <- mkReg(0);

// 残りピクセル数 256 * 256
Reg#(UInt#(16)) pixelsLeft   <- mkReg(0);

// 現在のランの残り長さ (1..256)
Reg#(UInt#(9))  runLen       <- mkReg(0);

// 色と長さ nibble
Reg#(Pattern_t) rleColor     <- mkReg(0);
Reg#(Pattern_t) rleLenHiNib  <- mkReg(0);
Reg#(Pattern_t) rleLenLoNib  <- mkReg(0);

// PROM から nibble(Pattern_t) を1つ読み取り、dst に入れ、rleAddr を 1 進める
function Stmt rleNextNibble(Reg#(Pattern_t) dst);
  return (seq
    action
      // PROM アドレスをセット
      p_addr <= rleAddr;
    endaction
    // read timing 調整が必要ならここに noAction を挟む
    noAction;
    action
      // nibble を取り込み
      dst     <= romdata;      // romdata : Pattern_t
      rleAddr <= rleAddr + 1;  // 次の nibble へ
    endaction
  endseq);
endfunction

// PROM 上で RLE が始まるニブルアドレス（行256の先頭なら 128*256）
`define RLE_START_ADDR 128*256
`define VRAM_WIDTH     256
`define VRAM_HEIGHT    256
   
function Stmt rleDecode_org();
  return (seq
    //------------------------------------------------
    // 初期化
    //------------------------------------------------
    action
      // RLE データは PROM の 256 行目から始まる前提
      rleAddr    <= fromInteger(`RLE_START_ADDR);
      // 出力先相対座標
      rleX       <= 0;
      rleY       <= 0;
      pixelsLeft <= fromInteger(`VRAM_WIDTH * `VRAM_HEIGHT -1);
      runLen     <= 0;
    endaction
    //------------------------------------------------
    // 全ピクセルを描き終えるまでループ
    //------------------------------------------------
    while (pixelsLeft != 0) seq
      // --- 新しいランを読み込む必要があるなら ---
      if (runLen == 0) seq
        // color
        rleNextNibble(rleColor);
        // len_hi
        rleNextNibble(rleLenHiNib);
        // len_lo
        rleNextNibble(rleLenLoNib);
        action
          UInt#(4) hi = unpack(rleLenHiNib);
          UInt#(4) lo = unpack(rleLenLoNib);
          // ラン長 L = 16*hi + lo + 1
          runLen <= extend(unpack({pack(hi), pack(lo)})) + 1;
        endaction
      endseq
      // --- このランから 1 ピクセル描画 ---
      setDot(rleX, rleY, rleColor);
      action
        pixelsLeft <= pixelsLeft - 1;
        runLen     <= runLen     - 1;
        // 256 幅で折り返し
        if (rleX == 8'd255) begin
          rleX <= 0;
          rleY <= rleY + 1;
        end
        else begin
          rleX <= rleX + 1;
        end
      endaction
    endseq   // while (pixelsLeft != 0)
  endseq);
endfunction
FSM rle_fsm <- mkFSM(rleDecode());

// rleDecodeを起動するラッパ
function Stmt rleDecode();
  return (seq
    `RUN_FSM(rle_fsm)
  endseq);
endfunction

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