二つのチップを一つのクロックで

N5 報告、作業の後に書かれたもの。

走行スタンプ: 2026-09-06、rustc 1.97.1。ピン: 6502 3805107 (v6502-micro、 v6502-pins、そしてゲートのオラクルとしての v6502-sim。2026-09-06 の走行では 89ae24f。2026-09-12 と 2026-09-13 に、ラング 3 の継ぎ目と分岐成立の規則、そして記録済みバスのために、そして 2026-09-20 に二度、ページをまたいで後ろへ成立する分岐のために、続いて同じページの中で前へ成立する分岐のために動かした。どの移動でもスイートは緑)、2a03 は 2026-09-06 の走行で dbf116b (v2a03-micro をパスで参照。そのパスの先頭はいま f1bced7。DMA のメモの修正を得て、6502 のピンに追従した)、 2c02 はその走行で 474b7e7 (v2c02-fast をパスで参照。先頭はいま 172264a。ステッパが飛ばしていたスプライトの枠を得て、nes-bus に追従した)、nes-bus はその走行で v0.1.1、いまは v0.1.6、nes-glue は N4 から。アラインメント (二つのクロックの位相の組み合わせ) のスタンプ: Alignment::MEASURED、cpu_phase 4、ppu_phase 3。スループット: 1 コアで毎秒 125 から 140 フレーム、実時間の 2.1 倍から 2.3 倍、CPU はラング 3、PPU は高速ラング。cargo test -p nes-console: 6 テスト (配管、NMI の再生、レースの再生を両側で)。このクレートは crates/nes-console。

ゲート 1 は閉じた: どちらの再生もコンソールを通して走り、押さえられている。ゲート 2 は以下に全部記録した。そこに残る取りこぼしは一つの問いで、ゲート 1 の末尾で名指しした。ゲート 3 には ROM が無い。

スケジューラ

マスタ半ステップの計数器が一つ。計数器が 8 で割って ppu_phase のとき PPU が 1 ドット進み、12 で割って cpu_phase のとき CPU が半サイクル進む。PPU が先だ (その /INT と APU の IRQ は、CPU が自分の半サイクルの始まりに標本化するものだから)。二つの位相はスイッチレベルのチップ自身の分周器から実測したもので、それぞれリセットの最後のパルスからマスタクロックで進めてある。2A03 の clk0 はマスタ半ステップ 4、16、28 で変わり (2a03: v2a03-sim/examples/clk-phase.rs)、2C02 の pclk0 は 3、11、19 で立ち上がる (2c02: v2c02-sim/examples/clk-phase.rs)。これは分周器が電源投入で入りうるアラインメントの一つだ。CPU の読みは phi1 で始まり、それはマスタ半ステップ 24 ごとに再来するので、ドットの 8 に対して 24 のクラスがある。 cpu_phase は 0 から 23、ppu_phase は 3 だ (最初の草稿は 4 と数えていた。半サイクルの格子を phi1 の格子と取り違えていた)。コンソールはこのスタンプで走ったものを記録し、run-rom は別のもので走らせるために ALIGN=cpu,ppu を取る。壁時計に合わせた歩調合わせは作っていない。コンソールは出せるだけの速さで走り、その速度を報告する。

ボード (board.rs) は CPU のアクセスをすべて nes-glue のデコードに通す。 TMM2115 二つ、カートリッジ、PPU のレジスタ ($2002 の読みは、CPU の半サイクルが始まった時点の現在のドット内の半ステップを運ぶ。高速 PPU のレースのモデル用だ)、 74LS368 を通した $4016/$4017 とコントローラ、そして開放バスはバスが最後に運んだ値だ。$6000 の 8 KiB のカートリッジ RAM はテスト ROM に差し出し (Console::with_prg_ram)、あれらのものだと札を付けている。PPU の CHR と CIRAM は PpuBus を通してカートリッジのもので、NROM のミラーリングはカートリッジ自身の CIRAM A10 による。

ゲート 1: アラインメント

三通りに押さえている。それぞれ crates/nes-console/tests の中のテストだ。

配管 (plumbing.rs): テストカートリッジ (testrom.rs: vblank を二回待ち、 4 行を塗り、NMI を RAM で数えるプログラム) の 6 フレーム。マスタの計数器は PPU の位相からドットあたり 8 で、描画を入れた奇数フレームはどれも 1 ドット短く、それを自分のパリティで述べる。絵は同じワールドでの高速 PPU 単体のフレームと等しく、 RAM の中の NMI の数は 1 フレームに 1 だ (ポーリングの待ちがレースに vblank を取られた 1 回を除く。あれはレースがチップのすることをしているだけだ)。

BRK 中の NMI の再生 (gate1_nmi.rs): PPU の最初の vblank が、プログラムには動かせないマスタ半ステップで /NMI をアサートする。長さの分かっているそり (sled) が BRK のフェッチを、そのエッジから選んだ半サイクルの位置に置く。1 サイクル刻みで八つのオフセット、エッジの 13 半サイクル前から 1 後まで。だからエッジは BRK のどのサイクルにも、そしてその前のサイクルにも落ちる。コンソールは CPU の半サイクルごとに入力とピンのフレームを記録し、ラング 0 (スイッチレベルの 6502、v6502-sim。同じピンの dev-dependency) が、コンソールが見たその半サイクルから /NMI を低に駆動して、コンソール自身の電源投入時の RAM イメージの上で同じバイト列を走らせる。二つのピンのトレースは、BRK のフェッチの 30 前から 90 後までの全半サイクルで一致する: 取られたベクタ、プッシュ、タイミング。スタックのページは、二つのコアの電源投入時のスタックポインタの差を取り除いて比べる。差は、それぞれが最初に行うプッシュから導いた。データのバイトは書き込みの phi1 では飛ばす (2A03 のロックステップが名付けたクラスだ)。960 半サイクル、八つのオフセット、厳密に一致。

これは一度目では通らなかった。そしてそれが、これを走らせた意味だった。エッジが BRK のベクタ読みの中にあると、ラング 3 はハンドラの最初のフェッチを横取りし、ラング 0 はハンドラの最初の命令を走らせた。そこで brk-nmi-probe (6502) が、NOP と BRK の周りの全半サイクルで両方のラングを測った。エッジもレベルも、半サイクル一つまで縮めたパルスも。そしてラング 3 は、ラング 0 のすることに合わせて書き下ろされた: あるサイクルの phi1 が始まる時点で存在する入力は、来るフェッチで取られる。最終サイクルの phi1 も含む。その phi2 に着いたものは待つ。NMI のエッジは二つの phi1 の標本を比べたものなので、phi2 の中だけに収まった低はエッジではない。五番目のサイクルの phi1 でエッジを標本化した BRK は NMI のベクタを取り、どの BRK もポーリングをせずに終わる。台本を書いた七つのトレースが、どの継ぎ目の両側でも 6502 のゴールデンに加わった。それから 2A03 自身のパッドをマスタクロックで計った (nmi-latency-probe、2a03): 最後の phi1 が始まる 1 マスタパルス前に着いた低は取られ、そのパルスの上に着いたものは待つ。経路の中には他に何も無い。

レースの再生 (gate1_race.rs): コンソールのアクセスの形でスイッチレベルの 2C02 の上で実測した表がオラクルだ (race-shape-probe、2c02: レジスタのアドレス、 R/W、/CS を、74LS139 がデコードするとおり CPU の phi1 でまとめて当て、バイトは 11 番目の半ステップで取る。各事象の 48 半ステップ前から 24 後までの全半ステップ、保存した一つのチップ状態から)。セットのドット (vpos 241、hpos 1。フラグと /INT はドットの境界で立つ) の最初の半ステップを基準にすると、8 半ステップ以上前に始まる読みは外し、1 から 7 前に始まるものはセットを抑え、ドットの上かそれ以降に始まるものはそれを消費する。クリアのドット (vpos 261、hpos 1) を基準にすると、その上かそれ以降の読みはクリアを読み、前の読みはセットを読む。高速 PPU は自分のテストでその表を押さえ、コンソールのテストはコンソールをその表に押さえる: サイクルのパリティが交互になるループを持つポーリングのプログラムが、読みをセットをまたいで歩かせ、NMI の後に計算した遅延を置いてフレームに一度だけ読むプログラムが、クリアの半サイクル以内に置かれて、クリアをまたいで歩く。どちらも 24 通りのアラインメントすべてで走り、事象の 5 ドット以内に始まる読みはどれも、チップがそこで読むものを読み、NMI をチップが残すとおりに残さなければならない。セットの周りで 145 回、クリアの周りで 185 回の読み。どちらの窓も全半ステップを覆い、どの結果もチップのものだ。

二つのチップが揃っても説明しないもの。 レースと NMI の両方をスイッチレベルのチップに押さえた上で、blargg の 02-vbl_set_time と 03-vbl_clear_time は実測のアラインメントで通り、それでも彼のタイミングのテスト四つが、文書化されたコンソールから 1 ドットか 2 ドット離れたままだ。05-nmi_timing と 10-even_odd_timing は、ROM がレースから取っている同期で 1 ドット、 07-nmi_on_timing と 08-nmi_off_timing は 2 ドット、そして 06-suppression では文書化されたコンソールがフラグのセットを読んで NMI を取らない 2 行だ。どれも同じことを言っている: 文書化されたコンソールの NMI は、フラグと一緒に /INT が落ちる PPU から、1 マスタパルスのセットアップで phi1 に標本化する CPU へ、という組が許すよりおよそ 2 ドット遅く CPU に届く。プローブは、チップの中にそういう窓を作るものを見つけた: アドレスがセレクトより L 半ステップ先行する読みは、フラグのセットを読み、それをクリアし、/INT は決して落ちない。セットの後 L までのセレクトについてそうなる (P2 のリファレンスのプロトコルは 8 先行して 8 を示した。M2 で修飾したセレクトなら 6 先行する)。2 ドットは 16 であり、ボードは先行を一切配線していない。だから問いはこうだ: 実機の NES-001 の上で、PPU の /INT と CPU の NMI ピンは M2 に対して何をするのか。これは 4 本の線にスコープを当てることであり、スケッチの第 5 節の一行だ。それが取られるまではコンソールがチップを押さえ、五つのテストは、その実測に賭かっているものとしてここに名指ししておく。

ゲート 2: blargg、端から端まで

各 ROM をコンソール全体に通す。2A03 のコアはラング 3 で APU の表付き、2C02 は高速ラング、糊、そして報告のための $6000 の 8 KiB。run-rom は報告の窓と最後のフレームを印字する。sprite-hit と cpu_timing の ROM は画面にしか報告しないので、そこで読んだ。断りが無ければアラインメントは 4,3。

スイート	結果
cpu_timing_test6	合格 (画面上、公式命令)
instr_test-v5 01..16	16 件中 16 件合格
ppu_vbl_nmi 01 vbl_basics	合格
ppu_vbl_nmi 02 vbl_set_time	合格 (コンソールの形でレースを実測した上で)
ppu_vbl_nmi 03 vbl_clear_time	合格
ppu_vbl_nmi 04 nmi_control	合格 (#11 には下の NMI のエッジの規則が要った)
ppu_vbl_nmi 05 nmi_timing	1 ドット差で失敗: 行 01 が 3 を読み、文書化されたコンソールは 4 を読む (NMI の問い、ゲート 1)
ppu_vbl_nmi 06 suppression	失敗: 行 05 と 06 が `V N` を読み、文書化されたコンソールは `V -` を読む (NMI の問い)
ppu_vbl_nmi 07 nmi_on_timing	2 ドット差で失敗: N は行 02 まで、文書化されたものは 04 まで (NMI の問い)
ppu_vbl_nmi 08 nmi_off_timing	2 ドット差で失敗: N は行 05 から、文書化されたものは 07 から (NMI の問い)
ppu_vbl_nmi 09 even_odd_frames	合格 (00 01 01 02)
ppu_vbl_nmi 10 even_odd_timing	#2 が、ROM がレースから取る同期で 1 ドット差で失敗 (「skipped too soon」)。レースの以前の、合わせ込んだ窓の下では合格していた
sprite_hit_tests 01..07, 09..11	合格 (画面上)
sprite_hit_tests 08 double_height	合格 (2026-09-06。高速 PPU の背の高いスプライトの規則をラング 0 で実測して押さえるまでは名指しで拒んでいた、2c02 `1dc887a`)
apu_test 1..8	8 件中 8 件合格 (2026-09-06。最初の走行では六つが失敗していた)

APU の行は、N3 の表が CPU 側のオラクルに初めて出会ったものだ。失敗した六つはどれも、$4017 への書き込みの後のシーケンサの位置、ステータスレジスタのタイミング、 DMC のバイトの数え方のどれかで、列そのものではなかった。それぞれ書き下ろす前にスイッチレベルの 2A03 で実測した (2a03 のリポジトリ、2026-09-06)。書き込みのジッタ (そのリセットは、APU のパリティの一方ではストローブの 1 半ステップ後、他方では 3 半ステップ後に着地し、以降の事象はどれも 2 ずつ離れる。記録器はいま両方のパリティを押さえている)。モード 1 の書き込みの、その場での 1/4 と 1/2 のクロック。ステータスは読みの phi2 の終わりにラッチされ、コアが自分のバスに尋ねる半ステップ後だ (6502 の MicroBus::read_late がそれを運び、ピンがバスのバイトを保つ)。フレーム IRQ のフラグは連続する三サイクルで立つので、その中でそれをクリアする読みは、また立っているのを見つける。三角波とノイズの長さのビットは、ダイの一つの半ステップに乗る。そして DMC のバイトは自分のバス読みの 6 半ステップ後に数えられ、それは有効化の 6 (または 8) 後のリクエストの 3 後という DMA の格子に着地するので、有効化による DMC IRQ のクリアは、フェッチが立てるフラグより先に来る。あちらの tests/reads.rs (バスに載せたラングを、ピンでのラング 0 に対して。ラッチされたバイトも含む) と、コードゲートの十のワールドが押さえている。

ROM がチップに教えたこと

コンソールは、ラング 3 と高速 PPU の上で実物のプログラムを数百万サイクル走らせた最初のものだ。以下の見落としはどれも、推論せずに位置を特定し、それからスイッチレベルのチップで実測し、それから書き下ろし、そして修正が無ければ赤になるフィクスチャで押さえた。詳細は各リポジトリのノートにある。この一覧がここにあるのは、コンソールがそれらを見つけたからだ。

6502 では (ラング 3、docs/notes/engine.md):

桁上げが立った ROR A は、ADD/SB7 を次の命令の最初の半サイクルまで下げたままにすることで、桁上げをビット 7 に入れる。継ぎ目の語がいま、それをシーケンサがクリアするビットとして運ぶ。02-implied の CRC ルーチンが見つけた。全命令が失敗していた。
メモリに対する左シフトの桁上げはオペランドのビット 7 であって、書き込みのサイクルが上書きしてしまう途中の ALU の捕捉ではない。
ASR、ARR、ATX は、ラング 0 がオラクルにならない箇所 (バスの取り合い) では blargg のチェックサムに対して書き下ろした。ATX の定数は $FF で、$EE は名指しで失敗する。
命令の最終サイクルにある NMI のエッジは、一命令待つ (04-nmi_control #11)。
PLP と RTI は P を三番目の読みから取り、S でのダミーからは取らない (01-basics #4)。セレクタはオペランドを、平坦なイメージではなくコンソールのバスを通して覗く。読みのサイクルはバスに一度だけ尋ねる。
記録器のコンテキスト三つ (C がクリアでの添字のまたぎ、C が立っての同じもの、ページをまたぐ後方分岐の成立) を、ROM が当てる鍵のために。

2c02 では (高速ラング): プリレンダーラインではスプライト評価をしない (全 $ff の OAM が、どのプログラムも走る前にオーバーフローのフラグを立てていた)、アドレスのインクリメントとコピーは描画で門を開ける、奇数フレームの短いプリレンダーライン、そして $2001 の左のクリップ。

2a03 では: $4015 に APU が答え、DMA の読みと書きが put の phi2 で届く形で、コアのバスをコンソール越しに通すこと。

ゲート 3: 遊び

Micro Mages のデモはこの機械に無く、発行元のサイトは商用ビルドしか出していない。このゲートは、あの ROM でも代替でも走らせていない。Console::set_pad と $4016/$4017 の経路は配管のテストが押さえている (OUT0 を通したボタン一つ、八回の読み、駆動されないビットは開放バス)。あれは配管であって、遊びではない。

持ち越し

ゲート 1 の末尾の NMI の問い: 実機の NES-001 の上で、/INT と CPU の NMI ピンを M2 に対して。05、06、07、08、10 を動かす唯一の実測だ。
ゲート 3、ROM が手に入ったとき。
2A03 コアでの RES の保持と $4015 の読み、N3 から。
ラング 0 は、ANC #imm と A=$ff での ASR #imm で実物と違う (6502 のノートに記録されている)。それがスイッチモデルのバスの取り合いなのかダイデータなのかは、あのリポジトリの問いだ。
壁時計での歩調合わせとドリフトの方針 (スケッチの別の層)。

ビルド時に nes/docs/n5-report.md から取り込まれる。リポジトリが唯一の写しだ。報告書は独自の作業用語をいくつか使っている: 報告書で使われる言葉。